[发明专利]不锈钢基自润滑复合材料及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种不锈钢基复合材料制造工艺，尤其是一种制造成本低、环境污染小、生产效率高的不锈钢基自润滑复合材料及制造方法。

背景技术：

目前，在高温、高载荷以及水介质(水轮发电机)等工作环境中，常使用强度高、耐腐蚀、自润滑效果好的不锈钢基自润滑复合材料作为轴套、轴瓦等。不锈钢基自润滑复合材料的基本结构是依次设置有不锈钢基体、中间过渡层、铜合金粉层及自润滑层，自润滑层又有塑料层或加有石墨等固体润滑材料的铜合金粉层两种。因不锈钢基体强度高、耐腐蚀性好，铜合金粉又具有较好的耐腐蚀性、减摩性以及高导热系数等，所以在不锈钢基自润滑复合材料中不锈钢基体、铜合金粉层都是不可替代的，然而，现有的生产方法并不能将两者直接结合起来，只能通过中间过渡层来实现，即将铜合金粉层烧结在中间过渡层上。

铁虽然来源广泛、价格低廉，中国专利号ZL94112590.4、名称为“一种无刻蚀镀铁合金方法”的发明专利也公开了在其金属表面形成镀铁层的方法。它是采用电化方法，以铁基及铁基合金离子电沉积在各种钢铁材料表面上(金属键结合)，以形成高强度、残余应力小的钢化层或铁合金层，金相显示为柱状微晶结构，晶粒尺寸为15～30nm。但是，按所公开的施镀程序、施镀参数所形成的镀铁合金层，只能满足零件等的磨损修复，并不能满足不锈钢基自润滑复合材料的使用要求。因此，迄今为止，现有不锈钢基自润滑复合材料均是采用价格昂贵的铜作为中间过渡层，并采用两种工艺方法制造：一种是在不锈钢基体表面氰化电镀铜合金；另一种是在不锈钢基体表面爆炸复合一层铜合金。第一种工艺方法的缺点是高污染、制造成本高、结合强度差；第二种工艺方法的缺点也是制造成本很高、产品质量难以保证，更主要的缺点是无法实现批量生产。

发明内容：

本发明是为了解决了现有技术所存在的污染严重、生产成本高、可靠性差、效率低等技术问题；提供了一种低污染(符合国家环保要求)、制造成本低、质量可靠、生产效率高的不锈钢基自润滑复合材料及制造方法。

本发明的技术方案是：一种不锈钢基自润滑复合材料，有依次设置的不锈钢基体1，中间过渡层2、铜合金粉层3及自润滑层4，所述的中间过渡层2是镀铁层，其厚度是0.1～0.2mm，晶粒尺寸为40～50nm。

一种不锈钢基自润滑复合材料的制造方法，步骤如下：

a.加工不锈钢基体1；

b.去除不锈钢基体1表面油污及氧化物；

c.对不锈钢基体1的非镀部位绝缘，用无刻蚀镀铁合金镀液施镀，形成过渡镀铁层2；

无刻蚀镀铁合金镀液配方如下：FeCl₃200g/l、HCl13～17g/l、MnCl₂10～15g/l、NiCl₂ 20～25g/l、CoCl₂10～15g/l、NaCl10～15g/l；

施镀程序：

对称交流活化→交流起镀→交流过渡镀→直流镀；

施镀参数：

对比交流活化：  V_正∶V_负＝4～4.5V∶4～4.5V    T_活＝50～70秒；

交流起镀：      V_正∶V_负＝5～5.5V∶4～4.5V    T_起＝500～700秒；

交流过渡镀：    V_正∶V_负＝5～5.5V∶1～1.5V    T_交＝500～700秒；

直流镀：        V_正＝7～7.3V                  T_直＝3590～3610秒；

d.施镀完毕后，将镀有过渡镀铁层2的不锈钢基体1从镀槽中取出，清洗镀层表面直至洁净；

e.用氢气保护高温烧结炉，在800～820℃条件下，在过渡镀铁层2上烧结铜合金粉，形成铜合金粉层3；

f.在铜合金粉层3上复合自润滑层4。

所述c步骤的施镀参数最佳方案是：

对比交流活化：  V_正∶V_负＝4V∶4V    T_活＝60秒；

交流起镀：      V_正∶V_负＝5V∶4V    T_起＝600秒；