[发明专利]一种车辆轴承用镀镍碳化硅颗粒增强铜基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铜基复合材料，特别是涉及一种车辆轴承用镀镍碳化硅颗粒增强铜基复合材料及其制备方法。

背景技术

纳米碳化硅是一种通过一定的技术条件，在普通碳化硅材料的基础上制备出的一种纳米材料。纳米碳化硅具有纯度高、粒径小、分布均匀、比表面积大、高表面活性、松装密度低，极好的力学、热学、电学和化学性能，即具有高硬度、高耐磨性和良好的自润滑、高热传导率、低热膨胀系数及高温强度大等特点。因此可用于添加到合金当中以提高母基合金的强度、硬度等，但是碳化硅作为非金属化合物，熔融的基体合金对增强粒子不湿润，以及增强相颗粒与基体合金之间容易发生界面反应，由于界面是复合材料极其重要的组成部分，界面的结合程度(即相容性)很大程度决定了复合材料的性质；同时由于碳化硅密度较低(3.2g/cm³)，与重金属(铜合金、铁合金)溶液融合时会产生严重的上浮，导致复合材料偏析问题严重，从而影响复合材料的性能及应用。因此必须寻求一种新的介质以便于碳化硅与重金属的融合而使二者之间能够充分融合，从而便于下一步生产处理。

锡铅青铜(ZCuSn₁₀Pb₁₀)是一种润滑性、耐磨性和耐腐蚀性较好的铸造铜合金，主要用于制造表面压力高又存在侧压力的滑动轴承，如轧辊、车辆轴承、负载峰值达60MPa的受冲击零件，和最高峰值达100MPa的内燃机双金属轴瓦，以及活塞销套、摩擦片等。但是在负载高于60MPa的冲击零件中的应用受到了限制，因此为了延长锡铅青铜(ZCuSn₁₀Pb₁₀)在车辆轴承及相应摩擦片中的使用年限，提高锡铅青铜(ZCuSn₁₀Pb₁₀)的相关性能是必不可少的。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种车辆轴承用镀镍碳化硅颗粒增强铜基复合材料及其制备方法，所制备的车辆轴承用镀镍碳化硅颗粒增强铜基复合材料在强度和硬度方面具有明显提升，拓展原锡铅青铜(ZCuSn₁₀Pb₁₀)在负载100MPa的冲击零件中的应用。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种车辆轴承用镀镍碳化硅颗粒增强铜基复合材料，铜基复合材料的成分包含镀镍碳化硅颗粒(Ni-SiC)、稀土、锡铅青铜(ZCuSn₁₀Pb₁₀)，其中，铜基复合材料的各成分组成按重量百分比分别为：镀镍碳化硅颗粒(Ni-SiC)：15-20％，稀土：0.05-0.5％，锡铅青铜(ZCuSn₁₀Pb₁₀)：79.5-84.95％。

进一步地，铜基复合材料的各成分组成按重量百分比分别为：镀镍碳化硅颗粒(Ni-SiC)：16-18％，稀土：0.1-0.4％，锡铅青铜(ZCuSn₁₀Pb₁₀)：81.6-83.9％。

进一步地，镀镍碳化硅颗粒是通过已知的化学方法制得，镀镍碳化硅颗粒的粒径在0.5μm-35μm范围内。

进一步地，稀土中包含重量百分比20％的镧(La)和重量百分比15％的铈(Ce)。

进一步地，锡铅青铜(ZCuSn₁₀Pb₁₀)的铸造是按照国标GB/T1176-2013的标准。

一种上述车辆轴承用镀镍碳化硅颗粒增强铜基复合材料的制备方法，包含以下步骤：

步骤1：将镀镍碳化硅颗粒与稀土按照预订比例混合；

步骤2：将电解铜、锡锭、铅锭按照国标GB/T1176-2013的要求在500公斤容量的中频电炉中熔炼；

步骤3：采用斯派克直读光谱仪对熔炼完成的铜合金溶液进行成分检测；

步骤4：将步骤1中预混合完成的镀镍碳化硅、稀土的混合物放置于熔炼完成的铜合金溶液之上，并用石墨棒进行搅拌；

步骤5：将搅拌完成的铜合金溶液倒入保温炉中，并开启保温炉的振动装置；

步骤6：保温，然后开启铸造装置并按照预定的产品形状铸造毛坯型材；

步骤7：将铸造完成的毛坯型材进行表面处理，包装入库。

进一步地，步骤2中的熔炼温度为1000℃-1100℃，熔炼时间为1.5-2小时。

进一步地，步骤4中的搅拌速率为3次/秒，搅拌时间为15-20分钟。