專利名稱：一種自潤(rùn)滑銅合金粉末復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬自潤(rùn)滑復(fù)合材料，具體是指一種鐵合金基體自潤(rùn)滑銅合金粉末復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
自潤(rùn)滑銅合金粉末冶金零件在汽車、工程機(jī)械等行業(yè)具有廣泛的用途。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，高速度、大載荷的需求對(duì)自潤(rùn)滑銅合金提出了更高的性能要求。由于現(xiàn)使用的銅合金結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、硬度較低，很難適應(yīng)現(xiàn)工業(yè)的需要?，F(xiàn)使用的具有自潤(rùn)滑的銅合金基本上以青銅合金為主，但這類材料的相對(duì)密度低，其抗拉強(qiáng)度、硬度均較低，同時(shí)含有大量的鉛，不僅對(duì)人體有害而且對(duì)環(huán)境的污染較大。近年來，各國(guó)對(duì)環(huán)保方面的要求越來越嚴(yán)格，特別是鉛的使用受到嚴(yán)格的限制，使·得各制造行業(yè)廣泛使用的含鉛制品必須更換為新的無鉛材料配方，以適應(yīng)環(huán)保的要求?，F(xiàn)已經(jīng)有技術(shù)提出，采用以鐵合金為基體，外設(shè)置有銅合金層以實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑功能的低含鉛材料配方技術(shù)，該技術(shù)方案因?yàn)殍F合金基體能夠滿足抗拉強(qiáng)度及硬度高的特點(diǎn)，并因?yàn)殂~合金層的厚度較薄，僅起到自潤(rùn)滑作用即能夠?qū)崿F(xiàn)各零件的性能。而且這一工藝材料中的鉛的含量較低，一般低于原料質(zhì)量百分組成的O. 1%，以實(shí)現(xiàn)低鉛要求。但在這一工藝中，鐵合金基體中必須含有一定量的銅，以便于在燒結(jié)過程中，銅合金層的銅經(jīng)過渡層向鐵合金基體中擴(kuò)散，以形成更好的結(jié)合層。一般情況下，鐵合金基體中銅的質(zhì)量百分含量的數(shù)值不能低于銅合金層中銅的質(zhì)量百分含量的數(shù)值的十分之一。因?yàn)槿舻陀谶@一比例，在燒結(jié)過程中，鐵合金基體和銅合金層之間的過渡層中，會(huì)有明顯的分層現(xiàn)象，降低銅合金層的強(qiáng)度，降低最終產(chǎn)品的使用壽命。而且鐵合金基體中使用大量的銅材料，增加最終產(chǎn)品的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種自潤(rùn)滑銅合金粉末復(fù)合材料，在保證零件使用性能的前提下，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的—種自潤(rùn)滑銅合金粉末復(fù)合材料，包括有鐵合金基體(I)、鐵合金層(2)和銅合金層⑶；所述鐵合金基體(I)中各組成的質(zhì)量百分含量中必須含有3% _5 %的銅，其余為鐵及其它組成材料；所述鐵合金層(2)中各組成的質(zhì)量百分含量為，8%-12%的銅，I. I %-I. 5%的石墨，I. 5% -2. 5%的錫，低于I %的其它材料，余量為鐵；所述銅合金中各組成的質(zhì)量百分含量為，8% -10%的鎳，I. 1% -2.0%的二硫化鑰，5% -8%的錫，5% -8%的鐵，低于I %的其它材料，余量為銅。在所述鐵合金基體(I)和鐵合金層(2)結(jié)合處以及鐵合金層(2)和銅合金層(3)結(jié)合處經(jīng)燒結(jié)后存在過渡層。所述銅合金層(3)的厚度為O. 2-2毫米。所述鐵合金層(2)的厚度為銅合金層厚度的1-4倍。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是I、本發(fā)明通過采用三層結(jié)構(gòu)，減少了銅的使用量，顯著的降低了最終產(chǎn)品的成本。2、本發(fā)明采用石墨和二硫化鑰代替鉛，使銅合金層在保持良好的自潤(rùn)滑性能的同時(shí)，不再使用鉛元素，減少了對(duì)人體和環(huán)境的損害。
具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，下面描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。一種自潤(rùn)滑銅合金粉末復(fù)合材料，包括有鐵合金基體I、鐵合金層2和銅合金層3 ;所述鐵合金基體I中各組成的質(zhì)量百分含量中必須含有3% _5 %的銅，其余為鐵及其它組成材料；所述鐵合金層2中各組成的質(zhì)量百分含量為，8% -12%的銅，I. 1% -I. 5%的石墨，I. 5% -2. 5%的錫，低于I %的其它材料，余量為鐵；所述銅合金層3中各組成的質(zhì)量百分含量為，8%-10%的鎳，I. I %-2. O %的二硫化鑰，5% -8%的錫，5% -8%的鐵，低于I %的其它材料，余量為銅。在本發(fā)明中，鐵合金基體I中各材料的成份配比為3 % -5 %的銅，其它材料可以根據(jù)需要進(jìn)行任意調(diào)整，如碳、鎳、鈦、鋁、鋅、鈷、鑰、硼、稀土及其它元素中的一種或幾種，對(duì)其它元素不做特別要求，只要能夠做為基體使用均能符合要求，但其它材料總計(jì)在鐵合金基體I中以不高于5%的重量百分比為最佳，其余為鐵元素。鐵合金層2中，鐵和銅的熔點(diǎn)不同，加入錫使燒結(jié)過程中出現(xiàn)液象，降低燒結(jié)溫度。銅合金層3中，加入錫、鎳元素起固溶強(qiáng)化作用，提高銅合金層強(qiáng)度和硬度；加入石墨和二硫化鑰替代鉛作潤(rùn)滑劑，使銅合金能夠保持自潤(rùn)滑性能；加入鐵元素的目的是提高界面結(jié)合強(qiáng)度，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。使用粘結(jié)劑PVP的目的是使得各種粉末混合均勻、潤(rùn)滑劑PEG的使用目的是提高粉末之間的流動(dòng)、重排和重塑；粘結(jié)劑PVP用量為各層重量百分比為O. 15% -O. 25%，潤(rùn)滑劑PEG用量為各層重量百分比為O. 3% -0.6%。實(shí)施例I在本實(shí)施例中按如下步驟進(jìn)行制備I、分別制備鐵合金基體I溫壓粉末、鐵合金層2溫壓粉末和銅合金層3溫壓粉末。在本實(shí)施例中，鐵合金基體I溫壓粉末選用含5%重量百分比的銅，其它材料為I. 5%的石墨，余量為鐵粉；鐵合金層2溫壓粉末選用按重量百分比計(jì)算，10 %的銅粉、I. 5 %的石墨、2. O %的錫粉、I. 0%的其它材料及余量的鐵粉；銅合金層3溫壓粉末選用按重量百分比計(jì)算，10%的鎳粉、2.0%的二硫化鑰粉、8 %的錫粉、5 %的鐵粉、1.0%的其它材料及余量的銅粉。在本實(shí)施例中銅合金層3的厚度設(shè)置為O. 5毫米，鐵合金層2的厚度為銅合金層3厚度的4倍。按鐵合金基體I的材料配比，將銅粉、鐵粉和粘結(jié)劑PVP共同經(jīng)混料機(jī)混料5-10分鐘，然后加入石墨粉和潤(rùn)滑劑PEG，再經(jīng)5-10分鐘混合得到混合粉末A ；按鐵合金層2的材料配比，將銅粉、錫粉、其它材料、鐵粉及粘結(jié)劑PVP經(jīng)混料機(jī)混料5-10分鐘然后加入石墨粉和潤(rùn)滑劑PEG后再經(jīng)5-10分鐘混合得到混合粉末B ；
按銅合金層3的材料配比，將鎳粉、錫粉、鐵粉、銅粉分別在O. IMPa壓力下氨保護(hù)氣氛中于200°C保溫2小時(shí)去應(yīng)力回火，再加入粘結(jié)劑PVP經(jīng)混料機(jī)混料5-10分鐘后加入石墨粉、二硫化鑰粉和潤(rùn)滑劑PEG，再經(jīng)5-10分鐘混料得混合粉末C ；將粉末A、粉末B和粉末C分別在50°C溫度下干燥。然后過80目篩，篩下物分別為鐵合金基體溫壓粉末、鐵合金層溫壓粉末和銅合金層溫壓粉末。向模具中首先裝入鐵合金基體溫壓粉末，然后裝入鐵合金層粉末，最后裝入銅合金層溫壓粉末，一次壓制成坯，壓制壓力為750-850MPa，模具溫度為110°C，各粉末溫度為135。。。將壓坯在O. IMPa氨保護(hù)氣中，以1100±5°C燒結(jié)15分鐘，然后將燒結(jié)坯體在模具中整形，整形壓力為700MPa，然后分兩部勻速降溫，第一步為1100°C _650°C，第二步為6500C _300°C，第一步的降溫速率為第二步降溫速率的80% ;然后自然冷卻到常溫。實(shí)施例2在本實(shí)施例中及以下的各實(shí)施例中，有變化的為鐵合金基體I、鐵合金層2及銅合金層3的材料配比，再有就是整形壓力為650-700MPa，再有的變化就是鐵合金層的厚度和銅合金層的厚度不同，其它部分相同，因此就不再進(jìn)行重復(fù)說明。在本實(shí)施例中，鐵合金基體I溫壓粉末選用含3%重量百分比的銅，其它材料為
I.O %的石墨，余量為鐵粉；鐵合金層2溫壓粉末選用按重量百分比計(jì)算，12%的銅粉、I. I %的石墨、2. 5%的錫粉、I. 0%的其它材料及余量的鐵粉；銅合金層3溫壓粉末選用按重量百分比計(jì)算，8%的鎳粉、I. 5 %的二硫化鑰粉、
5%的錫粉、8 %的鐵粉、1.0%的其它材料及余量的銅粉。在本實(shí)施例中銅合金層3的厚度設(shè)置為I. O毫米，鐵合金層2的厚度為銅合金層3厚度的3倍，燒結(jié)溫度為1080°C，燒結(jié)時(shí)間25分鐘，氨保護(hù)氣壓力為O. 12MPa，整形壓力為650MPa。實(shí)施例3在本實(shí)施例中，鐵合金基體I溫壓粉末選用含4%重量百分比的銅，其它材料為
I.2 %的石墨，余量為鐵粉；鐵合金層2溫壓粉末選用按重量百分比計(jì)算，8%的銅粉、I. 2%的石墨、I. 5%的錫粉、I. 0%的其它材料及余量的鐵粉；銅合金層3溫壓粉末選用按重量百分比計(jì)算，9%的鎳粉、I. 8 %的二硫化鑰粉、
6%的錫粉、6 %的鐵粉、1.0%的其它材料及余量的銅粉。在本實(shí)施例中銅合金層3的厚度設(shè)置為I. O毫米，鐵合金層2的厚度為銅合金層3厚度的2倍，燒結(jié)溫度為1150°C，燒結(jié)時(shí)間10分鐘，氨保護(hù)氣壓力為O. 15MPa，整形壓力為680MPa。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定?！?br> 權(quán)利要求
1.一種自潤(rùn)滑銅合金粉末復(fù)合材料，其特征在于包括有鐵合金基體(I)、鐵合金層(2)和銅合金層(3); 所述鐵合金基體(I)中各組成的質(zhì)量百分含量中必須含有3%-5%的銅，其余為鐵及其它組成材料； 所述鐵合金層(2)中各組成的質(zhì)量百分含量為，8%-12%的銅，1.1%-I. 5%的石墨，I.5% -2. 5%的錫，低于I %的其它材料，余量為鐵； 所述銅合金層(3)中各組成的質(zhì)量百分含量為，8%-10%的鎳，I. 1%-2.0%的二硫化鑰，5% -8%的錫，5% -8%的鐵，低于I %的其它材料，余量為銅。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自潤(rùn)滑銅合金粉末復(fù)合材料，其特征在于在所述鐵合金基體(I)和鐵合金層(2)結(jié)合處以及鐵合金層(2)和銅合金層(3)結(jié)合處經(jīng)燒結(jié)后存在過渡層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自潤(rùn)滑銅合金粉末復(fù)合材料，其特征在于所述銅合金層(3)的厚度為O. 2-2毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自潤(rùn)滑銅合金粉末復(fù)合材料，其特征在于所述鐵合金層(2)的厚度為銅合金層厚度的1-4倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自潤(rùn)滑銅合金粉末復(fù)合材料，包括有鐵合金基體、鐵合金層和銅合金層；鐵合金基體中各組成中必須含有銅，其余為鐵及其它組成材料；鐵合金層中各組成為銅、石墨、錫、其它材料及余量的鐵；銅合金層中各組成為鎳、二硫化鉬、錫、鐵、其它材料及余量的銅。
文檔編號(hào)C22C9/06GK102896829SQ20121040769
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者顧建 申請(qǐng)人:顧建