[发明专利]具有增强的导热性和耐磨性的铜合金组合物

说明书

本公开涉及由含铜合金制成的粉末和线。含铜合金是铜‑镍‑锡合金或铜‑镍‑硅‑铬合金。由金属粉末形成的制品展现出高导热性、高耐磨性和热稳定性。粉末和线也用作用于热喷涂的进料，并公开了含铜涂层。当含铜合金材料用作内燃机中的圆柱形衬垫时，提高了发动机部件的寿命和燃油效率。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年3月27日提交的美国临时专利申请第62/648,567号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

本公开涉及粉末或线形式的铜合金组合物、制造和使用粉末形式的这种组合物的工艺、由其形成的制品，以及它们用作用于热喷涂涂层和等离子喷涂涂层的进料的用途。该合金是展现出高导热性和高耐磨性的含铜合金。热喷涂涂层展现出高导热性、良好的耐磨性和热稳定性。该涂层与内燃机的衬垫和涂层结合在一起具有特殊的应用。

对用于燃烧式发动机的部件的要求很高。特别重要的是，这些部件同时展现出高导热性和高耐磨性。包含一些添加剂(例如润滑剂)往往会降低导热性。期望开发展现出高导热性和耐磨性的新型组合物。

热喷涂技术(例如冷喷涂或电弧喷涂)是将经过温度处理的材料喷涂到表面上的工艺。可用于热喷涂的前体材料包括金属、合金、陶瓷、塑料和复合材料。它们以粉末或线形式进料，被加热至熔融或半熔融状态，并以微米级细颗粒的形式朝着基材加速。燃烧放电或电弧放电通常用作热喷涂的能量源。将细颗粒或细滴在基材处喷涂/在基材之上喷涂/喷涂至基材上以形成涂层。当前的喷涂材料需要以机械粗加工或施加粘合剂/底漆的形式对沉积表面进行预处理。期望提供一种无需预处理步骤就足以粘附于表面的涂层。

发明内容

本公开涉及包含粉末或线形式的含铜合金的铜合金组合物。由含铜合金粉末形成的制品和涂覆有含铜合金粉末的制品展现出高导热性和高耐磨性。在一些实施方式中，粉末形式与固体润滑剂在可用于形成制品的组合物中组合。

线和粉末也可以用作常规热喷涂设备中的进料，以产生含铜合金涂层。涂层展现出高导热性、良好的耐磨性和热稳定性。还公开了涂覆含铜合金的方法以及采用该含Cu合金的发动机孔、机械部件和发动机组件。

在本文的各种实施方式中公开了包含含铜合金的组合物，其中该含铜合金包含铜、镍、和(i)锡或(ii)硅和铬，并且其中该合金为颗粒或线形式。

在一些实施方式中，含铜合金可以为铜-镍-硅-铬合金，其包含：约5wt％至约9wt％的镍；约1wt％至约3wt％的硅；约0.2wt％至约2.0wt％的铬；和其余为铜。

在其他实施方式中，含铜合金可以为铜-镍-锡合金，其包含：约5wt％至约20wt％的镍；约5wt％至约10wt％的锡；和其余为铜。

含铜合金可以是平均粒径为约2微米至约500微米的颗粒。

当合金为颗粒形式，该组合物还可以包含润滑剂。润滑剂可以包括石墨、滑石、MoS2、云母或氮化硼。

本文还公开了通过烧结含铜合金颗粒组合物形成的制品，其中含铜合金包含铜、镍、和(i)锡或(ii)硅和铬。制品可以为，例如，用于燃烧式发动机、阀座、阀导向件、活塞环或衬套的部件。

本文还公开了形成制品的方法，其包括：使包含含铜合金颗粒的组合物成形为前体制品；及在约500℃至约1100℃温度加热该前体制品；其中该含铜合金颗粒包含铜、镍、和(i)锡或(ii)硅和铬。

组合物可以被均质化。成形和加热可以包括以下中的一个或多个：温压、等规热压、粉末锻造、粉末注射成型、粉末轧制和粉末挤出。

在一些实施方式中，在加热步骤之后执行以下步骤中的至少一个步骤：二次热处理；接合；再压；调整大小；机械加工；或表面处理。