[发明专利]一种铜基石墨耐磨发动机轴瓦的制备方法

说明书

本发明公开了一种铜基石墨耐磨发动机轴瓦的制备方法，将粒径42～45μm、粒度325目、纯度98～99％的石墨粉末进行清洗、敏化、活化、还原、干燥处理；采用化学镀覆法，在石墨粉末表面镀覆锡金属层；然后将石墨粉末与金属粉末倒入模具，进行冷压、烧结、复压和复烧处理，冷却脱模后得到铜基石墨耐磨发动机轴瓦。本发明有效提高复合材料界面强度，同时提高了复合材料硬度，抗弯强度等力学性能和抗磨损性能，保证了使用寿命。

技术领域

本发明属于自润滑复合材料制备技术领域，具体涉及一种铜基石墨耐磨发动机轴瓦的制备方法。

背景技术

轴瓦是发动机重要的零件之一，轴瓦材料需要具有抗疲劳性、耐磨性、抗咬合性、耐腐蚀性和耐高温性等要求，材料性能的好坏直接关系到发动机的服役安全。随着工业的发展，轴瓦等领域材料也得到了飞速的发展。1839年巴氏合金出现被广泛应用于轴承轴瓦材料。随后，1870年采用未烧结冷压成型的金属含油轴瓦在美国诞生。1910年德国发明了烧结青铜轴瓦（73%Cu、13%Sn、10%Pb和4%石墨，含油率5%），随后美国通用电气公司将该材料商品化并沿用至今。20世纪50年代，国内外应用较为广泛的滑动轴瓦材料主要为巴氏合金铜铅合金和铝合金。到上世纪90年代，我国汽车、拖拉机工业中普遍采用的高锡铝-钢双金属轴瓦材料。但是这些材料均具有疲劳强度和承载能力低，耐磨性较低等缺点。早在上世纪80年代中期，中国就有相关轴瓦材料厂对铜基轴瓦金属材料进行了研究。一些新型铜基金属轴瓦材料逐渐得到了开发，例如国内相关研究人员开发出QCuPb24Sn1铜基轴瓦金属材料，具有结构紧凑、装配简单、占用体积少、材料利用率高的特点，并已得到了广泛应用。近年来，由于铜基合金中常用的铅元素对环境造成破坏，同时也对人体健康造成危害，国际标准IS04383增加了“将来环境的要求将限制铅一类等某些材料使用”的条款，相关国家已开始限制使用含铅轴瓦材料，并着手研究不含Pb元素的轴瓦材料。

铜基石墨耐磨材料具有疲劳强度高、耐磨减摩性能好及耐腐蚀性能好等特性，近年来作为理想的轴瓦材料引起了研究者们的广泛关注，拟应用于工业、交通、航天等各领域之中。采用石墨代替铅元素作为润滑组元可以获得更加优异的摩擦性能。

但是，由于石墨与铜性能差异较大，采用铸造法制备铜基石墨耐磨材料时，石墨颗粒容易产生上浮并在铜合金液上部产生聚集现象，即使进行强烈的对流与搅拌，也很难制备出石墨颗粒均匀分布的铜基石墨耐磨材料。而采用粉末冶金法制备的铜基石墨耐磨材料，由于铜和石墨完全不润湿，界面仅为机械结合，结合强度较低，当材料整体承受载荷时，容易造成石墨相的拔出、剥落，石墨本身强度极低，因此复合材料强度主要依赖于铜基体。当铜基合金基体的体积分数固定时，均匀分布在基体中的石墨是软质相，以自由状态存在，可以认为是基体中的孔。当石墨含量增加时，材料基体中的缺陷诸如孔隙将增加，这将导致复合材料的强度和硬度的下降，从而导致复合材料整体的承载能力显着减弱。当石墨含量一定时，石墨粉末的粒径较小，石墨粉末数量较多，导致石墨粉末的总表面积增加，复合材料将会出现更加多的孔隙。这将极大的缩短铜基石墨耐磨材料作为发动机轴瓦的服役寿命，而且严重影响铜基石墨耐磨材料替代铜铅合金的推广。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种铜基石墨耐磨发动机轴瓦的制备方法，从而提高材料的耐磨性能和力学性能，保证发动机轴瓦的服役使用寿命。

本发明采用以下技术方案：

一种铜基石墨耐磨发动机轴瓦的制备方法，使用NaOH溶液对粒径42~45μm、纯度98~99%的石墨粉末进行清洗，然后使用浓度10~20g/L的SnCl2和浓度11~18ml/L的HCl进行敏化处理，然后依次进行活化、还原、干燥处理；采用化学镀覆法，在石墨粉末表面镀覆锡金属层；然后将石墨粉末与金属粉末倒入模具，进行冷压、烧结、复压和复烧处理，冷却脱模后得到铜基石墨耐磨发动机轴瓦。

具体的，NaOH溶液的浓度为20~25wt.%，洗涤完后再用蒸馏水将石墨粉末冲洗至中性。