烧结高锌铝基含油轴承及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种烧结高锌铝基含油轴承及其制备方法，属于含油轴承材料及其制备技术领域。
【背景技术】
[0002]铝基滑动轴承由于其密度小，强度高，耐腐性好，且成本低等优点，使之在某些减摩领域，其性能比铜基轴承材料更为优异。铝锡和铝铅滑动轴承材料是应用较早的一种铝基轴承材料，但是由于金属锡和铅价格昂贵，并有毒性，其应用领域不少缩小，人们开始开发其他铝基轴承材料来代替铝锡轴承材料。
[0003]铝锌轴承材料最近才开发并应用的轴承材料。由于铝锌轴承材料在熔炼过程中相对环保，不含有重毒性成分，且我国锌资源较为丰富，因此铝锌轴承材料成为铝锡、铝铅轴承材料的有效替代品之一。
[0004]现有的铝锌轴承材料几乎是采用熔炼的方法制备而成，且锌含量不超过5%，属于低锌铝基轴承材料。锌含量偏低使铝锌轴承的减摩性能提高有限。铝锌轴承材料采用熔炼的方式制备，使之无法做成多孔质的含油轴承。且熔炼锌铝合金时存在烧损，造成成分偏差。另外铸造毛坯机加工余量大，造成材料浪费，增加后续制作工序。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供了一种烧损高锌铝基含油轴承及其相应的制备方法。该轴承采用铝粉中加入高含量的锌粉，通过控制Zn的含量和存在形式增强材料的强度和减摩性，提高轴承的使用性能。
[0006]本发明所采用的技术方案为:粉末冶金烧结高锌铝基含油轴承制备方法，包括以下步骤:
a配合称量:将制备轴承所需材料按质量百分比称取锌粉和铝铜镁合金粉，其中锌粉5?40%，铝铜镁合金粉60?95%。最终制备的轴承材料成分范围为:锌5?40%、铜0.2?
0.5%、镁0.2?0.5%，其余为铝。所有粉末纯度为99.99%，粒度为30?50Mm (300?500目)；
b混合:在V型混粉机中进行0.5h的初混，接着在变频行星式球磨机中进行湿磨2.?8h，然后在真空干燥箱中于120°C下干燥I?2h，得到混合均匀的制作轴承用的原料；c压制成形:将混合粉放入模具中，在液压机上压制成形，获得生坯。压制工艺参数为:压力为100?300MPa，保压时间为I?3分钟；
d烧结:将成形后的生坯送入真空烧结炉中进行烧结。烧结时真空为1.ΟΧΙΟ—1?
1.0X 10_2Pa。首先加热到150°C保温lh，将生坯中含有的水和气体排出，然后加热到300?480°C保温21小时进行烧结，升温速度10°C /min。烧结后随炉冷却至室温，获得多孔质烧结坯；
e整形:将上述去毛刺后烧结坯用压模整形； f浸油处理:将上述压件进行浸油处理。
[0007]相比现有技术，本发明具有如下优点:
a该轴承采用粉末冶金的方法制备，能实现多孔质，可以制备铝锌含油轴承；b该轴承采用粉末冶金的方法制备，工艺简单，易操作，节约材料成本，实现近终成形，提高零件精度；
c提高了铝锌轴承中锌的含量，使锌含量大于5%，甚至高达40%，高含量的Zn能使Zn在Al基体中部分固溶入Al基体中强化基体组织，部分以单质相形式存在提高轴承材料的滑动性能，从而使材料整体的强度和减摩性显著提高。
[0008]【具体实施方式】:
本发明的思路是通过控制烧结使金属锌在铝基体中部分固溶入铝基体中，部分以单质相形式存在。为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过【具体实施方式】，对本发明进行详细阐述。
[0009]实施例1:一种烧结高锌铝基含油轴承，其具体的制备方法包括以下步骤:
a配合称量:将制备轴承所需材料按质量百分比称取锌粉和铝铜镁合金粉，原料成分为:锌20%、铜0.2%、镁0.3%，其余为铝。所有粉末纯度为99.99%，所用粉末粒度均为32Mm(450 目)；
b混合:在V型混粉机中进行0.5h的初混，接着在变频行星式球磨机中进行湿磨4h，然后在真空干燥箱中于120°C下干燥lh，得到混合均匀的制作轴承用的原料；
c压制成形:将混合粉放入模具中，在液压机上压制成形，获得生坯。压制工艺参数为:压力为250MPa，保压时间为3分钟；
d烧结:将成形后的生坯送入真空烧结炉中进行烧结。烧结时真空为1.0XK^Pa。首先加热到150°C保温lh，将生坯中含有的水和气体排出，然后加热到420°C保温5小时进行烧结，升温速度10°C /min。烧结后随炉冷却至室温，获得多孔质烧结坯；e整形:将上述去毛刺后烧结坯用压模整形；f浸油处理:将上述压件进行浸油处理。
[0010]最终获得含锌量为20 wt%的烧结高锌铝基含油轴承的力学性能与典型的铝锡合金轴承材料Al-20Sn相比。Al-20Sn合金的维氏硬度为36?38，抗拉强度105?115MPa，而该案例的烧结高锌铝基含油轴承的维氏硬度为51?63，抗拉强度140?160MPa，其力学性能高于Al-20Sn合金的力学性能。通过摩擦磨损试验机测试两种不同材料的滑动性能，在压力为200N和400N，转速200r/min和200r/min的测试条件下，该案例的烧结高锌铝基含油轴承在不同测试条件下的摩擦系数均小于Al-20Sn合金。说明该案例的烧结高锌铝基含油轴承的力学性能和滑动性能均高于典型的铝锡合金轴承材料Al-20Sn。
[0011]含锌量为20 wt%的烧结高锌铝基含油轴承的金相图如图1所示。
[0012]实施例2:—种烧结高锌铝基含油轴承，其具体的制备方法包括以下步骤:
a配合称量:将制备轴承所需材料按质量百分比称取锌粉和铝铜镁合金粉，原料成分为:锌10%、铜0.4%、镁0.2%，其余为铝。所有粉末纯度为99.99%，锌粉粒度为28Mm (500目)，铝铜镁合金粉粒度为37ΜΠ1 (400目)；
b混合:在V型混粉机中进行0.5h的初混，接着在变频行星式球磨机中进行湿磨6h，然后在真空干燥箱中于120°C下干燥2h，得到混合均匀的制作轴承用的原料； C压制成形:将混合粉放入模具中，在液压机上压制成形，获得生坯。压制工艺参数为:压力为150MPa，保压时间为I分钟；
d烧结:将成形后的生坯送入真空烧结炉中进行烧结。烧结时真空为1.0X10_2Pa。首先加热到150°C保温lh，将生坯中含有的水和气体排出，然后加热到380°C保温6小时进行烧结，升温速度10°C /min。烧结后随炉冷却至室温，获得多孔质烧结坯；e整形:将上述去毛刺后烧结坯用压模整形；f浸油处理:将上述压件进行浸油处理。
[0013]最终获得含锌量为10 wt%的烧结高锌铝基含油轴承的力学性能与铝铅合金轴承材料Al-1OPb相比。Al-1OPb合金的维氏硬度为38?46，抗拉强度105?llOMPa，而该案例的烧结高锌铝基含油轴承的维氏硬度为41?48，抗拉强度110?120MPa，其力学性能高于Al-1OPb合金的力学性能。通过摩擦磨损试验机测试两种不同材料的滑动性能，在压力为200N和400N，转速200r/min和200r/min的测试条件下，该案例的烧结高锌铝基含油轴承在不同测试条件下的摩擦系数均小于Al-1OPb合金。说明该案例的烧结高锌铝基含油轴承的力学性能和滑动性能均高于铝铅合金轴承材料Al-1OPb。
[0014]含锌量为10 wt%的烧结高锌铝基含油轴承的金相图如图2所示。
【主权项】
1.烧结高锌铝基含油轴承及其制备方法，其特征在于铝基含油轴承中锌含量高，且锌在铝基体中部分固溶入铝基体中，部分以单质相存在；其具体步骤为: a配合称量:将制备轴承所需材料按质量百分比称取锌粉和铝铜镁合金粉，原料成分为:锌粉5?40%和铝铜镁合金粉60?95% ； b混合:在V型混粉机中进行初混，接着在变频行星式球磨机中进行湿磨，然后在真空干燥箱中干燥，得到混合均匀的制作轴承用的原料； c压制成形:将混合粉放入模具中，在液压机上压制成形，获得生坯； d烧结:将成形后的生坯送入真空烧结炉中进行烧结； e整形:将上述去毛刺后烧结坯用压模整形； f浸油处理:将上述压件进行浸油处理。
2.根据权利I所述的烧结高锌铝基含油轴承的制备方法，其特征在于:称量混合后的粉末成分范围为:锌5?40%、铜0.2?0.5%、镁0.2?0.5%，其余为铝。
3.根据权利I所述的烧结高锌铝基含油轴承的制备方法，其特征在于:所有粉末纯度为 99.99%，粒度为 30 ?50Mm (300 ?500 目)。
4.根据权利I所述的烧结高锌铝基含油轴承的制备方法，其特征在于:在V型混粉机中初混0.5h，在变频行星式球磨机中湿磨2?8h，在真空干燥箱中于120°C下干燥I?2h。
5.根据权利I所述的烧结高锌铝基含油轴承的制备方法，其特征在于:混合粉在模压过程中，压制压力为100?300MPa，保压时间为1?3分钟。
6.根据权利I所述的烧结高锌铝基含油轴承的制备方法，其特征在于:混合粉在模压过程中，压制压力为100?300MPa，保压时间为1?3分钟。
7.根据权利5所述的烧结高锌铝基含油轴承的制备方法，其特征在于:真空烧结过程中，烧结室真空为1.0X KT1?1.0X l(T2Pa。
8.根据权利5所述的烧结高锌铝基含油轴承的制备方法，其特征在于:真空烧结过程中，烧结温度的升温速度10°C /min。
【专利摘要】本发明开发了一种多孔质高锌铝基含油轴承及其制备工艺方法。合金由Al、Zn粉及微量的其他金属粉末组成，其各组分重量百分含量为：Zn 5～40%，Mg 0～0.5%，Cu 0～0.5%，其余为Al。使用机械搅拌将各种粉末混合均匀，并压制成型，然后烧结。高含量的Zn在Al基体中部分固溶入Al基体中强化基体组织，另一部分以单质相形式存在提高轴承材料的滑动性能，Mg和Cu元素的加入，进一步强化基体。该方法制备高锌铝基含油轴承，工艺简单实用。同时，由于Zn含量高，在Al基体中的特殊存在形式，使轴承滑动性能得到了显著的提高。
【IPC分类】B22F3-16, B22F1-00, C22C21-10, B22F5-00
【公开号】CN104759631
【申请号】CN201410001760
【发明人】魏晓伟, 唐祁峰, 蔡光勇
【申请人】西华大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2014年1月3日