本发明涉及一种滑动油膜轴承轴瓦的制作方法。
背景技术：
滑动轴承是机械传动中的重要支撑部件。巴氏合金是最广为人知的滑动油膜轴承轴承衬材料，与背底材料结合，制成轴瓦具有减摩特性，广泛用于大型船用柴油机、涡轮机、交流发电机，以及其它矿山机械、轧钢机械等的滑动油膜轴承。
巴氏合金中有较多的锡铜和锡锑硬质相，基体为锡基固溶体软相，轴承运行后硬质相微凸起于表面，起到支撑作用，锡基软相下凹可以储存润滑油。
传统的轴瓦制备方法为离心铸造工艺，将巴氏合金熔化后倒入轴瓦钢背中，边旋转边冷却凝固，然后通过车削加工得到最终轴瓦产品，该制造过程工艺复杂、能耗高、作业环境较为恶劣，产品结合强度低、成分偏析、材料利用率低（80%的巴氏合金需要车削去除）、轴承衬层与钢背结合力差，轴瓦抗高温蠕变性能差等缺点，已无法满足行业发展对巴氏合金轴瓦提出的低成本、长寿命的要求。随着技术进步，及环保、作业环境和成本的压力，低速重载领域，如轧钢机、船舶、风力发电机等对滑动轴承的要求越来越高。另一方面，由于优质锡资源越来越少，锡价格越来越高，迫切需要寻求降低制造成本的替代材料。
因此，需要一种成本低，质量高，寿命长，且简单易行的轴瓦制备方法。锌铝基合金曾经被用来制作轴瓦的轴承衬材料，成本低廉，但传统的铸造工艺制造时，低密度的富铝相上浮凝固，导致底部无法得到液料补缩，容易造成“底缩”缺陷，因此，未能在轴瓦上（特别是较大尺寸轴瓦上）推广使用。
技术实现要素：
本发明的目的是，提供一种滑动油膜轴承轴瓦的制备方法，以解决现有离心浇铸巴氏合金轴瓦的高温蠕变抗力差、轴承衬与钢背结合力低、成分偏析严重、长期服役寿命短、成本高昂等存在问题。
本发明的技术方案是：
1、利用锌铝基合金替代巴氏合金。
锌铝基合金的开始熔化温度（固相线）为382℃，巴氏合金固相线一般为220℃左右。服役温度越接近固相线，材料越容易软化，导致轴瓦服役较长时间后发生严重变形，即蠕变，最终导致失效，这是目前巴氏合金轴瓦主要的失效模式之一。相比于巴氏合金，锌铝基材料具有相对较高的固相线，在同样的轴瓦运行油温下可以提高轴瓦的抗蠕变性能。
另外，锌铝合金价格非常低廉，仅相当于巴氏合金的十分之一，可以大幅度降低轴瓦的制造成本。
2、采用气体保护堆焊的增材制造工艺代替传统的离心铸造工艺。
离心铸造的过程中，金属熔体中的固相颗粒由于比重与液相不同，在离心力的作用下，会发生上浮或下沉，从而导致合金成分偏析，影响轴瓦上轴承衬材料的服役性能。比如巴氏合金凝固过程中的锡锑相颗粒会上浮，锡铜相颗粒会下沉，导致偏析。锌铝合金凝固过程中的富铝初生相由于密度较低，会上浮，导致表面先凝固，底部后凝固的地方无法得到液体补缩，造成轴瓦层的偏析和底缩，严重影响轴瓦性能和成品率，这也是制约锌铝基合金应用于轴瓦制造的关键因素。
表面堆焊属于增材制造工艺的一种，采用电弧熔化的手段，实现焊丝的快速熔化，在轴瓦钢背上实现快速凝固，抑制了上述的偏析及底缩缺陷，解决了传统离心铸造工艺的不足。另外，由于电弧对钢背基体的活化作用，增加了轴承衬堆焊层与钢背底之间的结合强度，防止轴瓦脱落，从而提供了轴瓦的服役可靠性。
除此之外，由于堆焊层的快速凝固，几乎可以避免铸造缺陷，因此表面堆焊层可以很薄，控制在4~5mm范围，常规的离心铸造层须达到12~16mm，而最终机加工后使用的厚度约~3mm。因此，相比于离心铸造工艺而言，堆焊工艺大幅度降低了机加工量，节约了材料消耗，进一步降低了制造成本。
3、配置专用堆焊用熔剂。
为了确保锌铝基合金能够成功地堆焊在钢背表面，配置了氯化锌与氟铝酸钾组成的熔剂，可以清楚钢背表面的铁锈，破坏锌铝合金熔体表面的氧化膜，使得堆焊层与钢背底发生冶金结合，提高堆焊层结合强度，增加轴瓦的服役可靠性。
4、应用热处理手段调节锌铝基合金轴承衬层的组织和性能。
热处理是调节金属合金材料的组织和性能的有效手段。快速凝固的锌铝及合金层曾细小的组织结构，强度低，通过一定的热处理工艺可以提高锌铝基合金的强度，增加轴瓦的使用寿命。
5、利用硅元素替代传统锌铝基合金中的铜元素。表面堆焊技术的应用首先需要获得丝材，锌铝合金中加入铜后，由于铜可以同时溶解于富锌相和富铝相中，因此，很容易在两相的界面上析出，导致界面很难滑移，合金强度大幅上升，丝材难以进行弯曲收卷和挤压拉拔加工。因此，利用硅来替代铜，由于硅不溶解于富锌相，只溶解于富铝相，对于两相界面没有强烈的钉扎作用，不会导致丝材强度大幅上涨，试验证明，硅不会导致线材的加工和使用性能显著下降。
具体技术方案如下：
一种滑动油膜轴承轴瓦的制作方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)先将锌铝基合金浇铸成圆锭，并通过挤压与拉拔工艺制成一定直径的丝材，所述的锌铝基合金的重量配比为，铝（al）22~30%，硅（si）2.5~3.5%，镁（mg）0.002~0.008%；
(2)对轴瓦钢背进行除油除锈后，在待焊表面涂刷熔剂；所述的熔剂的配比为，在1公斤去离子水中加入200~500克的氯化锌，和100~300克的氟铝酸钾，并搅和均匀；
(3)利用气体保护焊的方法将锌铝基合金丝熔覆堆焊在钢背表面；所述的气体保护焊包括熔化极气体保护焊（mig焊），非熔化极气体保护焊（tig）；堆焊层厚度为4~6mm；
(4)对堆焊好的轴瓦进行热处理；所述的热处理工艺为，280~320℃保温1.5~2.5小时后随炉冷至室温，然后再加热至100℃，保温2小时后空冷至室温；
(5)将轴瓦机械加工成所需的尺寸。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
一种滑动油膜轴承轴瓦的制作方法，包括如下步骤：
(1)先将锌铝基合金浇铸成圆锭，并通过挤压与拉拔工艺制成直径为1.6mm的丝材，所述的锌铝基合金的重量配比为，铝（al）22%，硅（si）2.5%，镁（mg）0.002%；
(2)对φ800mm规格的轴瓦钢背进行除油除锈后，在待焊表面涂刷熔剂；所述的熔剂的配比为，在1公斤去离子水中加入300克的氯化锌，和200克的氟铝酸钾，并搅和均匀；
(3)利用mig焊的方法将锌铝基合金丝熔覆堆焊在钢背表面，堆焊厚度为4mm；
(4)对堆焊好的轴瓦进行热处理；所述的热处理工艺为，280℃保温1.5小时后随炉冷至室温，然后再加热至100℃，保温2小时后空冷至室温；
(5)将上述堆焊件加工成φ800mm规格的轴瓦成品。
实施例2：
一种滑动油膜轴承轴瓦的制作方法，包括如下步骤：
(1)先将锌铝基合金浇铸成圆锭，并通过挤压与拉拔工艺制成直径为1.6mm的丝材，所述的锌铝基合金的重量配比为，铝（al）22%，硅（si）2.5%，镁（mg）0.004%；
(2)对φ800mm规格的轴瓦钢背进行除油除锈后，在待焊表面涂刷熔剂；所述的熔剂的配比为，在1公斤去离子水中加入300克的氯化锌，和200克的氟铝酸钾，并搅和均匀；
(3)利用mig焊的方法将锌铝基合金丝熔覆堆焊在钢背表面，堆焊厚度为4mm；
(4)对堆焊好的轴瓦进行热处理；所述的热处理工艺为，280℃保温1.5小时后随炉冷至室温，然后再加热至100℃，保温2小时后空冷至室温；
(5)将上述堆焊件加工成φ800mm规格的轴瓦成品。
实施例3：
一种滑动油膜轴承轴瓦的制作方法，包括如下步骤：
(1)先将锌铝基合金浇铸成圆锭，并通过挤压与拉拔工艺制成直径为3.5mm的丝材，所述的锌铝基合金的重量配比为，铝（al）22%，硅（si）3%，镁（mg）0.005%；
(2)对φ800mm规格的轴瓦钢背进行除油除锈后，在待焊表面涂刷熔剂；所述的熔剂的配比为，在1公斤去离子水中加入300克的氯化锌，和200克的氟铝酸钾，并搅和均匀；
(3)利用tig焊的方法将锌铝基合金丝熔覆堆焊在钢背表面，堆焊厚度为6mm；
(4)对堆焊好的轴瓦进行热处理；所述的热处理工艺为，320℃保温2.5小时后随炉冷至室温，然后再加热至100℃，保温2小时后空冷至室温；
(5)将上述堆焊件加工成φ800mm规格的轴瓦成品。
实施例4：
一种滑动油膜轴承轴瓦的制作方法，包括如下步骤：
(1)先将锌铝基合金浇铸成圆锭，并通过挤压与拉拔工艺制成直径为3.5mm的丝材，所述的锌铝基合金的重量配比为，铝（al）22%，硅（si）3.5%，镁（mg）0.006%；
(2)对φ800mm规格的轴瓦钢背进行除油除锈后，在待焊表面涂刷熔剂；所述的熔剂的配比为，在1公斤去离子水中加入300克的氯化锌，和200克的氟铝酸钾，并搅和均匀；
(3)利用tig焊的方法将锌铝基合金丝熔覆堆焊在钢背表面，堆焊厚度为6mm；
(4)对堆焊好的轴瓦进行热处理；所述的热处理工艺为，320℃保温2.5小时后随炉冷至室温，然后再加热至100℃，保温2小时后空冷至室温；
(5)将上述堆焊件加工成φ800mm规格的轴瓦成品。
实施例5：
一种滑动油膜轴承轴瓦的制作方法，包括如下步骤：
(1)先将锌铝基合金浇铸成圆锭，并通过挤压与拉拔工艺制成直径为1.6mm的丝材，所述的锌铝基合金的重量配比为，铝（al）22%，硅（si）3.5%，镁（mg）0.008%；
(2)对φ800mm规格的轴瓦钢背进行除油除锈后，在待焊表面涂刷熔剂；所述的熔剂的配比为，在1公斤去离子水中加入300克的氯化锌，和200克的氟铝酸钾，并搅和均匀；
(3)利用mig焊的方法将锌铝基合金丝熔覆堆焊在钢背表面，堆焊厚度为6mm；
(4)对堆焊好的轴瓦进行热处理；所述的热处理工艺为，320℃保温2.5小时后随炉冷至室温，然后再加热至100℃，保温2小时后空冷至室温；
(5)将上述堆焊件加工成φ800mm规格的轴瓦成品。
实施例6：
一种滑动油膜轴承轴瓦的制作方法，包括如下步骤：
(1)先将锌铝基合金浇铸成圆锭，并通过挤压与拉拔工艺制成直径为1.6mm的丝材，所述的锌铝基合金的重量配比为，铝（al）26%，硅（si）2.5%，镁（mg）0.002%；
(2)对φ800mm规格的轴瓦钢背进行除油除锈后，在待焊表面涂刷熔剂；所述的熔剂的配比为，在1公斤去离子水中加入300克的氯化锌，和200克的氟铝酸钾，并搅和均匀；
(3)利用mig焊的方法将锌铝基合金丝熔覆堆焊在钢背表面，堆焊厚度为4mm；
(4)对堆焊好的轴瓦进行热处理；所述的热处理工艺为，280℃保温1.5小时后随炉冷至室温，然后再加热至100℃，保温2小时后空冷至室温；
(5)将上述堆焊件加工成φ800mm规格的轴瓦成品。
实施例7：
一种滑动油膜轴承轴瓦的制作方法，包括如下步骤：
(1)先将锌铝基合金浇铸成圆锭，并通过挤压与拉拔工艺制成直径为3.5mm的丝材，所述的锌铝基合金的重量配比为，铝（al）26%，硅（si）3%，镁（mg）0.004%；
(2)对φ800mm规格的轴瓦钢背进行除油除锈后，在待焊表面涂刷熔剂；所述的熔剂的配比为，在1公斤去离子水中加入300克的氯化锌，和200克的氟铝酸钾，并搅和均匀；
(3)利用tig焊的方法将锌铝基合金丝熔覆堆焊在钢背表面，堆焊厚度为4mm；
(4)对堆焊好的轴瓦进行热处理；所述的热处理工艺为，280℃保温1.5小时后随炉冷至室温，然后再加热至100℃，保温2小时后空冷至室温；
(5)将上述堆焊件加工成φ800mm规格的轴瓦成品。
实施例8：
一种滑动油膜轴承轴瓦的制作方法，包括如下步骤：
(1)先将锌铝基合金浇铸成圆锭，并通过挤压与拉拔工艺制成直径为3.5mm的丝材，所述的锌铝基合金的重量配比为，铝（al）26%，硅（si）3.5%，镁（mg）0.006%；
(2)对φ800mm规格的轴瓦钢背进行除油除锈后，在待焊表面涂刷熔剂；所述的熔剂的配比为，在1公斤去离子水中加入300克的氯化锌，和200克的氟铝酸钾，并搅和均匀；
(3)利用tig焊的方法将锌铝基合金丝熔覆堆焊在钢背表面，堆焊厚度为6mm；
(4)对堆焊好的轴瓦进行热处理；所述的热处理工艺为，320℃保温2.5小时后随炉冷至室温，然后再加热至100℃，保温2小时后空冷至室温；
(5)将上述堆焊件加工成φ800mm规格的轴瓦成品。
实施例9：
一种滑动油膜轴承轴瓦的制作方法，包括如下步骤：
(1)先将锌铝基合金浇铸成圆锭，并通过挤压与拉拔工艺制成直径为1.6mm的丝材，所述的锌铝基合金的重量配比为，铝（al）26%，硅（si）3.5%，镁（mg）0.008%；
(2)对φ800mm规格的轴瓦钢背进行除油除锈后，在待焊表面涂刷熔剂；所述的熔剂的配比为，在1公斤去离子水中加入300克的氯化锌，和200克的氟铝酸钾，并搅和均匀；
(3)利用mig焊的方法将锌铝基合金丝熔覆堆焊在钢背表面，堆焊厚度为6mm；
(4)对堆焊好的轴瓦进行热处理；所述的热处理工艺为，320℃保温2.5小时后随炉冷至室温，然后再加热至100℃，保温2小时后空冷至室温；
(5)将上述堆焊件加工成φ800mm规格的轴瓦成品。
实施例10：
一种滑动油膜轴承轴瓦的制作方法，包括如下步骤：
(1)先将锌铝基合金浇铸成圆锭，并通过挤压与拉拔工艺制成直径为1.6mm的丝材，所述的锌铝基合金的重量配比为，铝（al）30%，硅（si）2.5%，镁（mg）0.002%；
(2)对φ800mm规格的轴瓦钢背进行除油除锈后，在待焊表面涂刷熔剂；所述的熔剂的配比为，在1公斤去离子水中加入300克的氯化锌，和200克的氟铝酸钾，并搅和均匀；
(3)利用mig焊的方法将锌铝基合金丝熔覆堆焊在钢背表面，堆焊厚度为4mm；
(4)对堆焊好的轴瓦进行热处理；所述的热处理工艺为，280℃保温1.5小时后随炉冷至室温，然后再加热至100℃，保温2小时后空冷至室温；
(5)将上述堆焊件加工成φ800mm规格的轴瓦成品。
实施例11：
一种滑动油膜轴承轴瓦的制作方法，包括如下步骤：
(1)先将锌铝基合金浇铸成圆锭，并通过挤压与拉拔工艺制成直径为3.5mm的丝材，所述的锌铝基合金的重量配比为，铝（al）30%，硅（si）2.5%，镁（mg）0.004%；
(2)对φ800mm规格的轴瓦钢背进行除油除锈后，在待焊表面涂刷熔剂；所述的熔剂的配比为，在1公斤去离子水中加入300克的氯化锌，和200克的氟铝酸钾，并搅和均匀；
(3)利用tig焊的方法将锌铝基合金丝熔覆堆焊在钢背表面，堆焊厚度为4mm；
(4)对堆焊好的轴瓦进行热处理；所述的热处理工艺为，280℃保温1.5小时后随炉冷至室温，然后再加热至100℃，保温2小时后空冷至室温；
(5)将上述堆焊件加工成φ800mm规格的轴瓦成品。
实施例12：
一种滑动油膜轴承轴瓦的制作方法，包括如下步骤：
(1)先将锌铝基合金浇铸成圆锭，并通过挤压与拉拔工艺制成直径为3.5mm的丝材，所述的锌铝基合金的重量配比为，铝（al）30%，硅（si）3%，镁（mg）0.005%；
(2)对φ800mm规格的轴瓦钢背进行除油除锈后，在待焊表面涂刷熔剂；所述的熔剂的配比为，在1公斤去离子水中加入300克的氯化锌，和200克的氟铝酸钾，并搅和均匀；
(3)利用tig焊的方法将锌铝基合金丝熔覆堆焊在钢背表面，堆焊厚度为6mm；
(4)对堆焊好的轴瓦进行热处理；所述的热处理工艺为，320℃保温2.5小时后随炉冷至室温，然后再加热至100℃，保温2小时后空冷至室温；
(5)将上述堆焊件加工成φ800mm规格的轴瓦成品。
实施例13：
一种滑动油膜轴承轴瓦的制作方法，包括如下步骤：
(1)先将锌铝基合金浇铸成圆锭，并通过挤压与拉拔工艺制成直径为1.6mm的丝材，所述的锌铝基合金的重量配比为，铝（al）30%，硅（si）3.5%，镁（mg）0.006%；
(2)对φ800mm规格的轴瓦钢背进行除油除锈后，在待焊表面涂刷熔剂；所述的熔剂的配比为，在1公斤去离子水中加入300克的氯化锌，和200克的氟铝酸钾，并搅和均匀；
(3)利用mig焊的方法将锌铝基合金丝熔覆堆焊在钢背表面，堆焊厚度为6mm；
(4)对堆焊好的轴瓦进行热处理；所述的热处理工艺为，320℃保温2.5小时后随炉冷至室温，然后再加热至100℃，保温2小时后空冷至室温；
(5)将上述堆焊件加工成φ800mm规格的轴瓦成品。
实施例14：
一种滑动油膜轴承轴瓦的制作方法，包括如下步骤：
(1)先将锌铝基合金浇铸成圆锭，并通过挤压与拉拔工艺制成直径为1.6mm的丝材，所述的锌铝基合金的重量配比为，铝（al）30%，硅（si）3.5%，镁（mg）0.008%；
(2)对φ800mm规格的轴瓦钢背进行除油除锈后，在待焊表面涂刷熔剂；所述的熔剂的配比为，在1公斤去离子水中加入300克的氯化锌，和200克的氟铝酸钾，并搅和均匀；
(3)利用mig焊的方法将锌铝基合金丝熔覆堆焊在钢背表面，堆焊厚度为6mm；
(4)对堆焊好的轴瓦进行热处理；所述的热处理工艺为，320℃保温2.5小时后随炉冷至室温，然后再加热至100℃，保温2小时后空冷至室温；
(5)将上述堆焊件加工成φ800mm规格的轴瓦成品。
对比例1：为了对比上述实施例的发明有益效果，选择了一种常规离心浇铸的8-4巴氏合金轴瓦，该轴瓦的轴承衬层合金成分为含锑8wt%，含铜4%，其余为锡。
以上14个实施例及对比例的性能指标，及其用于某种型号的轧钢机第一道轴承的试验结果总结于下表：
注：1.成本指标是以传统离心浇铸巴氏合金轴瓦为1，其他方案与之比较得出；
2.蠕变指标：在100℃下，用直径为φ0.7mm压头，4.5kg压力在轴瓦堆焊层表面保持24小时后的压痕深度；
3.轴瓦寿命：制成直径为800mm轴瓦，用于轧钢机第一道轧机的轴承，考察其使用寿命。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定，故在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明所述的构造、特征及原理所做的等效变化或装饰，均应落入本发明申请专利的保护范围内。