用于多层结构滑动轴承的铝合金-钢双金属材料制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及IPC国际专利分类B22D金属铸造或用相同工艺或设备的其他物质的铸造技术，尤其是用于多层结构滑动轴承的铝合金-钢双金属材料制造方法。
【背景技术】
[0002]滑动轴承(sliding bearing),在滑动摩擦下工作的轴承。滑动轴承工作平稳、可靠、无噪声。在液体润滑条件下，滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触，还可以大大减小摩擦损失和表面磨损，油膜还具有一定的吸振能力。但起动摩擦阻力较大。轴被轴承支承的部分称为轴颈，与轴颈相配的零件称为轴瓦。为了改善轴瓦表面的摩擦性质而在其内表面上浇铸的减摩材料层称为轴承衬。轴瓦和轴承衬的材料统称为滑动轴承材料。滑动轴承应用场合一般在低速重载工况条件下，或者是维护保养及加注润滑油困难的运转部位。滑动轴承工作时发生的是滑动摩擦；滚动摩擦力的大小主要取决于制造精度；而滑动轴承摩擦力的大小主要取决于轴承滑动面的材料。滑动轴承一般工作面均具有自润滑功能；滑动轴承按照材料分为非金属滑动轴承和金属滑动轴承。滑动轴承材料有轴承合金，又叫巴氏合金或白合金、滑动轴承耐磨铸铁、铜基和铝基合金、粉末冶金材料、塑料、橡胶、硬木和碳-石墨，聚四氟乙烯，如特氟龙、PTFE、改性聚甲醛Ρ0Μ等。
[0003]金属滑动轴承目前使用最多的就是三层复合轴承，这种轴承一般都是以碳钢板为基板，通过烧结技术在钢板上先烧结一层球形铜粉，然后再在铜粉层上烧结一层3mm的PTFE润滑剂；其中中间一层球形铜粉主要作用就是增强钢板与PTFE之间的结合强度，当然在工作时还起到一定的承载和润滑作用。
[0004]轴承合金:轴承合金又称白合金，主要是锡、铅、锑或其它金属的合金，由于其耐磨型好、塑性高、跑合性能好、导热性好和抗胶和性好及与油的吸附性好，故适用于重载、高速情况下，轴承合金的强度较小，价格较贵，使用时必须浇铸在青铜、钢带或铸铁的轴瓦上，形成较薄的涂层。另一方面，多孔质粉末冶金金属材料具有多孔组织，若将其浸在润滑油中，使微孔中充满润滑油，变成了含油轴承，具有自润滑性能。多孔质金属材料的韧性小，只适应于平稳的无冲击载荷及中、小速度情况下。
[0005]滑动轴承在工作时由于轴颈与轴瓦的接触会产生摩擦，导致表面发热、磨损甚而“咬死”，所以在设计轴承时，应选用减摩性好的滑动轴承材料制造轴瓦，合适的润滑剂并采用合适的供应方法，改善轴承的结构以获得厚膜润滑等。
[0006]1、瓦面腐蚀:光谱分析发现有色金属元素浓度异常；谱中出现了许多有色金属成分的亚微米级磨损颗粒；润滑油水分超标、酸值超标。
[0007]2、轴颈表面腐蚀:光谱分析发现铁元素浓度异常，铁谱中有许多铁成分的亚微米颗粒，润滑油水分超标或酸值超标。
[0008]3、轴颈表面拉伤:铁谱中有铁系切削磨粒或黑色氧化物颗粒，金属表面存在回火色。
[0009]4、瓦背微动磨损:光谱分析发现铁浓度异常，铁谱中有许多铁成分亚微米磨损颗粒，润滑油水分及酸值异常。
[0010]5、轴承表面拉伤:铁谱中发现有切削磨粒，磨粒成分为有色金属。
[0011]6、瓦面剥落:铁谱中发现有许多大尺寸的疲劳剥落合金磨损颗粒、层状磨粒。
[0012]7、轴承烧瓦:铁谱中有较多大尺寸的合金磨粒及黑色金属氧化物。
[0013]8、轴承磨损:由于轴的金属特性(硬度高，退让性差)等原因，易造成粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、微动磨损等状况。
[0014]滑动轴承寿命是制造，组装，使用密切相关，必须使每一个环节，部分企业在生产涂装机轴承的过程中没有严格按清洗防锈规程和油封防锈包装的要求对加工过程中的涂装机轴承零件和装配后的涂装机轴承成品进行防锈处理。部分企业在生产中使用的防锈润滑油、清洗煤油等产品的质量达不到工艺技术规定的要求。
[0015]作为较为成熟的现有技术，轴瓦采用双金属，主要原因是利用两种金属的不同性质，使它发挥两种金属应用中的长处。简单说就是双金属瓦能达到理想中的要求，比如硬度、耐磨程度、抗压力、抗拉力、耐腐蚀性等。
[0016]双金属复合带材，尤其是钢背与铜基合金、铝基合金、铅基合金、锌基合金等有色金属复合带材，是机械制造工程中一类用途广泛的结构材料，它的主要用途是用作轴瓦材料，高效吸振材料，热弹性材料以及新型建筑材料等，其广泛应用于机器制造、船舶、飞机、汽车、仪器仪表以及交通，建筑等最重要的工业部门，是一种关键工业材料。
[0017]铝锡合金轴承材料广泛用于制造发动机、发电机、工程机械及家用电器的轴承和轴套，它具有良好的疲劳强度和抗咬合性，不用表面镀层的情况下与锻钢和铸铁曲轴匹配使用。但是，随着发动机日益向高速、高增压、轻型等方向发展，从而对轴承材料提出更为苛刻的要求。
[0018]现代工业中制造成卷双金属带材的主要工艺流程为带形连续浇铸工艺，粉末烧结工艺和带形连续轧制工艺三种，带形连续浇铸工艺又称铸轧工艺，是将熔化的合格的合金均速的浇铸在已预热到指定温度的钢带上，钢带连续移动，并迅速用高闪点稠化油喷射冷却，再用水喷射二次冷却，待合金凝固并粘接在钢带上后，铣去合金多余的厚度，并经轧机进一步轧合、整平，最后连续卷取成双金属带材。这种工艺的优点是生产效率高，合金与钢带一次复合成形，工艺流程较为简单，生产成本相对较低，它的缺点是不适用于具有强烈凝固偏析倾向的合金，如铝铅轴瓦合金等，后者在带形浇铸过程中第二相铅将在合金中产生严重的重力偏析现象，导致双金属带材复合制造失败。粉末烧结工艺又称粉末冶金法，其主要工艺流程分两种，即带形连续烧结和条形块烧结法，带形连续烧结法的工艺流程是首先进行粉末制备，又分为金属粉末混合法和合金粉雾化法，将准备好的钢带或镀铜成裸带连续均匀地通过铺粉机，在其表面上均匀地铺撒一层待复合层的合金粉，再经预烧结炉烧结、快冷、初轧，第二次烧结，冷却后终轧至最后尺寸，这种工艺的优点是可以有效地解决合金比重偏析问题，生产效率高，适用于制备合金层较薄的双金属带材，缺点是由于粉末松散烧结时，合金层孔隙度很高，尽管经过轧制密实化，但由于孔隙处未能充分轧合，复合合金层的力学性能相对较低，同时要求烧结温度不能高于合金中某一组份的熔点，否则低熔点相将在烧结时熔化下沉，导致整个工艺流程失败。粉末冶金法另一种工艺流程是带形连续轧制法，主要工艺原理是先用粉末冶金法制备合金条块，经多次轧制后先制备待复合合金卷材，然后再与已表面磨毛的钢卷带复合轧制制成双金属带材，为了增加合金与钢带基板的界面结合力，可以在合金带和钢带之间增加一中间层薄膜金属，以调整界面金属层的化学或物理相容性。与此工艺流程相似的还有条形块铸造法，其主要区别是前者用粉末冶金法制备合金条块，后者则采用铸板法制备合金条块，后者的优点是合金组织致密，机械性能好，缺点是易于产生凝固偏析，而粉末冶金法则恰好相反，与前述带形连续烧结法相比，带形连续轧制法的优点是具有较好的合金力学性能，且适于制备合金层较厚的双金属带材，并对合金成份可更好的适应性，缺点是工艺流程十分复杂，尤其是合金条带轧制中要经多次中间退火，最后合金带与钢带的复合轧制需要较高的形变量，以保证界面的结合强度，在这复杂的工艺流程中，只要有一环控制不当，均会导致整个工艺流程失败。相关技术文献公开较少:
[0019]中国专利CN1334357A公开一种钢背双金属带材的制造方法，先将待复合合金加热熔化再通过高压气体进行充分粉碎和雾化，同时进行快速冷却，最后将已冷却并处于半液态的雾化流沉积在连续移动的钢带上，载有沉积合金层的钢带随即通过轧机轧制以保证足够的界面结合力，合金层厚度和致密度。
[0020]中国专利申请201210578191.0公开了一种双金属复合滑动轴承的制造模具及其制造方法，包括上模(1)，下模(4)，型腔(2)，轴承(3)，其制造方法，其特征在于，按下列各组分的质量百分比配制内套材料，将配制好的所述组分在高速混合机中初混后，在造粒挤出机卜进一步混匀及造粒，得到内套材料母粒，最后对金属注射成形的轴承进行固化热处理，获得成品。
【发明内容】
[0021]本发明的目的是提供一种以低炭碳素钢为基体的用于多层结构滑动轴承的铝合金-钢双金属材料制造方法，以解决生产过程中遇到的铝锡硅合金系列合金与钢板轧制复合难度大，铝锡硅合金与钢板结合强度低的问题；弥补现有技术铝基合金轴承材料疲劳强度低、抗咬合性能低的不足，填补高集合机械性能的铝基合金双金属轴承材料生产的空白。
[0022]本发明的目的将通过以下技术措施来实现:制造方法包括以下步骤:
[0023]①、制备铝锡硅一铝锰铜合金板；
[0024]1)铝锡硅合金层的制备；所述的铝锡硅合金具体成分为:锡(Sn)5.0% — 7.5%,硅(Si) 3.25%- 4.75%，铜(Cu)0.5%- 1.5%，锰(Μη)0.15%- 0.35%，铬(Cr)0.15%-0.35%，铝(A1)为余量，百分比为各成分占合金总量的质量百分比；
[0025]a.铝锡硅合金的熔炼:熔化铝，熔化温度730-7501:时，加入