一种锡基巴氏合金及其制备方法和应用与流程

本发明涉及巴氏合金，具体而言，涉及一种锡基巴氏合金及其制备方法和应用。

背景技术：

1、巴氏合金(babbitt metal)，是一种软基体上分布着硬颗粒相的低熔点轴承合金，通常分为有锡基、铅基、镉基三个系列。其中，锡基巴氏合金以其优异的减摩性、顺应性及抗咬合性能广泛应用于轴瓦的生产和修复中。传统的轴承耐磨巴氏合金层采用重力浇注和离心浇注工艺；重力浇铸工艺较为成熟，但巴氏合金层与钢基体之间存在结合强度低、组织会在重力作用下发生较为严重的偏析、工艺流程复杂、材料及能量消耗大等问题；离心浇注工艺通过离心力作用将液态合金浇注至轴瓦基体上，其结合强度有所提高，虽能改善组织偏析问题，但组织粗大仍未从根本上解决，同时受设备能力限制，对于大型轴瓦不可采用离心机浇注。目前重力浇铸及离心浇注主要应用于结合强度要求不高的汽轮机等领域。

2、增材制造技术(additive manufacturing，am)是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，目前在巴氏合金轴瓦的工艺领域也已经得到了应用；该工艺以三维模型数据为基础，通过机械手带动焊接热源通过材料堆积的方式制造工件，对于形状复杂的工件(如多个合金面)可在一台设备、一道工序连续作业，显著缩短了加工效率。因而通过增材制造技术制备轴瓦与重力浇注或离心浇注制备轴瓦的工艺相比具有更短的工艺流程，还能够解决上述二者在铸造过程中的诸多技术缺陷；一方面，增材制造解决了巴氏合金与铁基结合强度低的难题，另一方面，增材制造得到的轴承组织非常均匀，结合力强度高，同时解决了传统浇注存在的偏锡的问题。

3、目前国内轴瓦领域数家龙头企业积极引进增材制造技术代替铸造技术，在以锡基巴氏合金作为减摩材料的轴瓦制造领域，采用增材制造代替铸造技术符合轴瓦向高效率、高精度、高可靠、长寿命的趋势，具有非常广阔的应用前景。但是，现行增材制造用的巴氏合金丝拉拔困难，断丝频率较高，这阻碍了巴氏合金丝在增材制造方面的应用。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种锡基巴氏合金，用于解决常规巴氏合金在用于增材制造工艺时容易出现的合金丝拉拔困难、断丝频繁的技术缺陷，本发明通过改进锡基巴氏合金的组分，降低生产过程中的断丝率，提高了加工效率，一定程度上避免因增材制造用丝问题导致的选用增材制造工艺受限。

2、本发明的第二目的在于提供一种所述的锡基巴氏合金的制备方法，该方法简单易行，机械成本低廉，适用于工业化生产。

3、本发明的第三目的在于提供一种所述的锡基巴氏合金在制备轴瓦领域的用途。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、一种锡基巴氏合金，包括按重量百分比计的如下元素成分：sb5％～15％、cu 2％～10％、ni 0.05％～2％、co 0.05％～3％、fe 0.01％～0.3％、la 0.01％～0.5％、ce0.01％～0.6％、yb 0.01％～0.5％，以及余量的sn。

6、所述的锡基巴氏合金的制备方法，包括如下步骤：

7、s1、将各原料组分按重量配比进行配置；所述原料组分包括sn、sb、cu、ni、co、fe、cu80la8ce12和sn60yb40；

8、s2、将除sn以外的全部原料组分、以及部分锡置于容器中进行熔炼并得到第一熔融液；待熔炼结束后，向所述第一熔融液中加入剩余的锡，进行保温反应，得到第二熔融液；

9、s3、向所述第二熔融液中加入精炼剂，充分混合后进行静置处理；经浇铸成型后得到锡基巴氏合金。

10、所述的锡基巴氏合金，或者，所述的锡基巴氏合金的制备方法制得的锡基巴氏合金在制备轴瓦领域的用途，且所述轴瓦通过增材制造技术制得。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明在锡基巴氏合金中添加了微量高熔点元素co、ni、fe和稀土元素la、ce、yb；其中co、ni元素能够与合金基体中的sn元素发生反应生成co2sn、ni3sn4化合物以抑制界面脆性相fesn、fesn2的生成，从而提高巴氏合金/钢界面强度；同时，稀土元素能够细化合金基体组织，提升合金塑韧性、抗拉强度及溶液表面活性，抑制铸锭氧化，提高丝材拉拔性能。

技术特征：

1.一种锡基巴氏合金，其特征在于，所述锡基巴氏合金包括按重量百分比计的如下元素成分：sb 5％～15％、cu 2％～10％、ni0.05％～2％、co 0.05％～3％、fe 0.01％～0.3％、la 0.01％～0.5％、ce0.01％～0.6％、yb 0.01％～0.5％，以及余量的sn。

2.根据权利要求1所述的锡基巴氏合金，其特征在于，所述锡基巴氏合金包括按重量百分比计的如下元素成分：sn 75％～92％、sb5.5％～14％、cu 2.5％～9％、ni 0.05％～1.5％、co 0.05％～2％、fe0.01％～0.2％、la 0.01％～0.4％、ce 0.01％～0.5％和yb0.01％～0.4％；

3.如权利要求1或2所述的锡基巴氏合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的锡基巴氏合金的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述部分锡为所述sn的质量的40％～60％。

5.根据权利要求3所述的锡基巴氏合金的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述熔炼在隔绝空气的条件下进行；

6.根据权利要求3所述的锡基巴氏合金的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述熔炼为感应熔炼；

7.根据权利要求3所述的锡基巴氏合金的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述保温反应的温度为600℃～650℃，所述保温反应的时间为20min～40min。

8.根据权利要求3所述的锡基巴氏合金的制备方法，其特征在于，在步骤s3中，所述精炼剂包括氯化锌、氯化铵或氯化钠中的至少一种；

9.根据权利要求3所述的锡基巴氏合金的制备方法，其特征在于，在步骤s3中，所述静置处理的时间为5min～10min，经所述静置处理后的熔融液温度为450℃～500℃；

10.如权利要求1或2所述的锡基巴氏合金在制备轴瓦中的应用，且所述轴瓦的制备通过增材制造技术进行。

技术总结
本发明提供了一种锡基巴氏合金及其制备方法和应用，涉及巴氏合金技术领域，具体而言：所述锡基巴氏合金包括按重量百分比计的如下元素成分：Sb 5％～15％、Cu 2％～10％、Ni 0.05％～2％、Co0.05％～3％、Fe 0.01％～0.3％、La 0.01％～0.5％、Ce 0.01％～0.6％、Yb0.01％～0.5％，以及余量的Sn。本发明通过改进锡基巴氏合金的组分，降低生产过程中的断丝率，提高了加工效率，避免因合金丝拉拔困难、断丝频繁等问题而导致的增材制造工艺受限；同时本发明还提供了所述锡基巴氏合金的制备方法及其用途，具备广阔的应用前景。

技术研发人员：王蒙,程战,吴博悦,龙伟民,朱挺,张雷,钟素娟,李宁波,周吉发,王鑫华
受保护的技术使用者：中国机械总院集团宁波智能机床研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15