[发明专利]一种自润滑双金属层状复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种自润滑双金属层状复合材料及其制备方法和应用，涉及合金材料技术领域。本发明提供的自润滑双金属层状复合材料为铜铋锡合金与钢复合而成的层状材料；所述铜铋锡合金，按质量含量计，包括24％的Bi、2～6％的Sn和余量的Cu。本发明通过在铜铋合金中加入锡，能够明显促进合金中富铋相由连续网状结构转变为离散点块状结构，显著提高合金的自润滑性能。因此，本发明提供的自润滑双金属层状复合材料环保并具有优异的自润滑性能。本发明提供了所述自润滑双金属层状复合材料的制备方法，生产效率高，且能够显著提高层状复合材料的结合强度，并提高产品洁净度，制备的自润滑双金属层状复合材料可很好地应用于内燃机轴瓦中。

技术领域

本发明涉及合金材料技术领域，特别涉及一种自润滑双金属层状复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前，世界上高速高载荷内燃机轴瓦上使用的材料主要为铜铅合金/钢层状复合材料，一方面，铜铅合金具有优越的自润滑性能，可以在极端工况下防止轴承摩损；另一方面，钢的高强度能提高材料的承载能力。但是，铜铅合金/钢层状复合材料含有毒铅，大批量生产会严重污染环境，大幅增加用于污染处理的环保成本。目前，生产该类复合材料的主要方法为粉末冶金法。然而，由于此方法生产效率低且产品复合强度、致密度差而易脱层，粉末冶金法还无法制备出能长期服役的、各项性能均达标的层状复合材料。因此，亟待开发一种生产效率高、产品各项性能良好且有利于环境保护的双金属层状复合材料及其制备方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自润滑双金属层状复合材料及其制备方法。本发明提供的自润滑双金属层状复合材料环保，具有优异的自润滑性能；且制备方法效率高，并能显著提高层状复合材料的结合强度以及洁净度。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种自润滑双金属层状复合材料，所述自润滑双金属层状复合材料为铜铋锡合金与钢复合而成的层状材料；其中，所述铜铋锡合金，按质量含量计，包括24％的Bi、2～6％的Sn和余量的Cu。

本发明提供了以上方案所述自润滑双金属层状复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将Cu、Sn和Bi进行熔炼，得到铜铋锡合金熔体；

(2)将所述铜铋锡合金熔体通过底注式浇铸装置浇铸到匀速行进的钢基板表面，冷却后得到所述自润滑双金属层状复合材料。

优选地，所述步骤(1)的熔炼具体为：将Cu加热，当温度升至300℃时加入Sn；待Cu熔化且温度上升至1250℃时加入Bi进行熔炼。

优选地，所述铜铋锡合金熔体的浇铸温度为1200℃。

优选地，所述钢基板在浇铸前进行预热处理；所述预热处理的温度为1000℃。

优选地，所述底注式浇铸装置包括中频感应熔炼炉1、保护气施加装置2、红外测温仪监控装置3、高频感应加热装置4、双辊传动装置5和冷却装置6；

所述中频感应熔炼炉1包括塞棒1-1、炉体1-2和浇口1-3；

保护气施加装置2设置于浇口1-3的下方；

应用时，钢基板置于双辊传动装置5的两辊之间，在中频感应熔炼炉1的浇口1-3下方沿平行方向移动；所述高频感应加热装置4正对浇口下方，用于对钢基板的浇铸位置进行底部预热；所述红外测温仪监控装置3用于对钢基板的预热温度进行监控；所述冷却装置6设置于钢基板下侧，用于对经过浇口1-3的钢基板进行冷却。

优选地，所述双辊传动装置5上还设置有滚压矫直装置；所述滚压矫直装置为双辊滚压装置。

优选地，所述钢基板的行进速度为0.5～3m/min。

优选地，所述冷却的速率大于200℃/s。