[发明专利]一种铝青铜合金-钢复合双金属耐磨轴承材料制造方法

说明书

本发明属于金属复合材料技术领域，涉及一种铝青铜合金‑钢复合双金属耐磨轴承材料制造方法，包括如下步骤：按照设计配方配制以CuAlMnFe为代表的四元系铝青铜合金，经真空熔炼后采用惰性气体雾化法先制备出相应配方的合金粉，从中优选出符合冷喷涂工艺要求粒径范围的耐磨减摩铜合金粉末，将铜合金粉末输入超音速冷气动力喷涂设备的送粉系统，使用非活性工业气体作为喷涂介质气体，使铜合金粉末颗粒以超音速撞向预先准备好的钢质轴瓦或轴套基材上，铜合金粉发生剧烈塑性变形+冷焊合，然后对铜合金‑钢双金属件进行真空退火，再对双金属件进行机加工，即可获得耐磨减摩铜合金‑钢复合双金属轴瓦、轴套等工件。

技术领域

本发明属于金属复合材料技术领域，尤其涉及一种铝青铜合金-钢复合双金属耐磨轴承材料制造方法。

背景技术

铜基双金属轴承材料广泛应用于发电机、内燃机、工程机械、矿山机械、电器等行业的轴承、轴瓦、轴套等零件上。双金属中的铜基材料承担的主要功能是在工作载荷的条件下确保其耐磨性能，并具备良好的自润滑效果。在众多的耐磨铜合金中，青铜因为具有抗磁性、收缩系数小、焊接性能好、冲击时无火花等优良，在轴瓦、轴套、滑块等耐磨铜合金应用领域占据着重要的位置。在早期的铜基双金属轴承设计中，耐磨材料多采用铅青铜配方，但是铅青铜中的铅元素不符合环保要求，使该类产品的应用受到越来越多的限制。本发明采用的环保型自润滑耐磨铜合金设计，摒弃了Pb元素，以CuAlMnFe四元系铝青铜配方为主，使铜合金在确保其高强度、高耐磨性以及自润滑功能的基础上，具有环境友好特性。

双金属轴承的制造工艺方面，将铜合金和钢基材这两种材料复合在一起的工艺技术，目前多采用粉末冶金法、离心铸造法、激光熔覆等方法来实现。这些工艺技术各有其优缺点，例如粉末冶金和离心铸造，其优点是技术成熟度高，成本相对低廉，但缺点是工艺流程长，且复合过程中的高温环境会造成钢套材料的性能劣化；而且界面处易出现氧化、发黑，导致铜合金与钢套之间结合效果不佳，影响其性能可靠性。激光熔覆是利用高能量密度的激光束，将铜合金丝材或粉末快速熔化并涂覆在钢材表面上，实现两种材料的冶金结合，其工艺优点是界面结合强度较好，但激光熔覆局部能量较高，材料中温度梯度大，容易产生熔覆层裂纹、气孔等常见缺陷。

本发明不仅采用环境友好的铝青铜等新型耐磨减摩铜合金配方，制备成相应的球形粉末材料，且将超音速冷气动力喷涂工艺技术引入到双金属轴承材料的制造流程中，利用非活性工业气体作为喷涂动力介质，将铜合金粉末颗粒加速到超音速后，均匀地撞向钢质轴瓦或轴套基材，使铜合金粉末发生剧烈塑性变形+冷焊合，在钢基材表面上沉积为一层厚度可控的铜合金致密涂层，完成铜合金层和他钢套的复合。采用该技术获得的铋青铜或镍青铜冷喷涂层与钢套基体之间为稳定可靠的冶金级结合，且生成的涂层均匀致密，晶粒均匀细致，无成分偏析，无裂纹，气孔等缺陷，具备较高承载能力和抗疲劳强度，且具有良好的耐磨性和减摩效果。由于冷喷涂工艺过程是在较低温度下完成的（室温~550℃范围），该方法克服了采用粉末冶金、离心铸造、激光熔覆等技术制造双金属工件时的高热环境对钢基材的力学性能造成的劣化，如导致其拉伸屈服强度、承载疲劳极限等性能下降的工艺弱点。

本发明所述的双金属轴瓦、轴套等器件的制备技术，不仅包含耐磨减摩铜合金材料的配方设计，而且包含超音速冷气动力喷涂这一制造双金属轴承材料的工艺方法，该方法不仅能制造出微观组织均匀细致、内部无裂纹、气孔，与钢基材形成良好冶金结合的铜合金涂层，同时粉末利用率高达95%以上，且涂层厚度能够精确控制，整个工艺过程易实现全自动控制，具有低能耗、高效率、无污染、低成本的工业化优势，具有较好的商业应用前景。

发明内容