[发明专利]一种无铅铜合金自润滑材料和泵马达双金属缸体及其制备方法

说明书

本发明提供了一种无铅铜合金自润滑材料和泵马达双金属缸体及其制备方法，涉及润滑材料技术领域。本发明提供的无铅铜合金自润滑材料，包括以下质量百分含量的组分：铜粉60～90％，铝粉1～8％，磷化金属盐粉末1～5％，铁源粉末1～5％，钛源粉末1～5％，锡源粉末1～6％，铋粉末1～6％，镍粉末1～5％，二硼化锆粉末0.5～3％。本发明提供的铜合金自润滑材料无铅，安全环保；且将本发明提供的铜合金自润滑材料烧结在泵马达缸体的柱塞孔和配流面表面，能够对泵马达缸体的柱塞孔和配流面同时进行减摩和耐磨改性，使泵马达缸体具有优异的耐磨性和自润滑性能，界面结合力高，无需在柱塞孔内插入涨芯。

技术领域

本发明涉及润滑材料技术领域，特别涉及一种无铅铜合金自润滑材料和泵马达双金属缸体及其制备方法。

背景技术

液压传递系统在航空航天、重型车辆、工程机械、船舶机械等领域具有广泛应用。大扭矩柱塞泵马达是液压系统中重要的能量转换装置和动力执行装置，可以将压力能转化为机械能并克服负载。与其它结构形式液压马达相比，轴向柱塞马达具有高压高速适应性好、变量结构简单易行、流量调节范围宽，以及结构紧凑、容积效率高等特点，已成为液力机械综合传动装置中执行转向和制动的重要液压单元。

伴随着动力装备技术的进步与发展，重型车辆装备对其机动性能和功率密度提出了更加苛刻的要求，也对液压泵马达的各项服役指标提出了相应要求，尤其要求大幅提升泵马达的使用寿命、机械效率和容积效率等。随着泵马达服役寿命和效能需求的提升，泵马达机械摩擦副，如：柱塞摩擦副、配流摩擦副和斜盘摩擦副等，均会面临着高液压、高速度和高温工况导致的磨损失效、疲劳断裂和材料腐蚀老化等问题。高油压会导致缸体的柱塞孔和配流面承受更大的接触载荷，高速度会导致液压油和摩擦副表面的温度升高，均会增大缸体运动表面的磨损。目前，磨损是造成泵马达机械效率降低，甚至服役失效的重要因素。缸体在高速旋转过程中油液通过狭缝、节流口等处时流速升高，压力能转化为动能，产生局部低压，油液中的溶解气体从油液中分离出来，微小气泡之间会产生聚集，进而膨胀变大，相互融合形成大气泡，使得配流面产生气蚀现象。气蚀的存在不但导致金属的剥落和蜂窝状的坑点，破坏摩擦副表面油膜的完整性，也会使得摩擦副表面由于缺少油膜导致局部处于边界摩擦，甚至干摩擦工况，进一步增加了缸体柱塞孔和配流面的磨损。同时，磨损导致了摩擦副表面的油膜厚度增加，从而降低了密封效果和容积效率，增加了功率损失。

因此，迫切需要对传统缸体的摩擦副表面进行减摩和耐磨改性，从而达到提高缸体摩擦副耐磨性能和延长缸体服役寿命的目的。铜合金材料具有良好的顺应性、潜藏性和抗咬合性，是提高泵马达缸体耐磨寿命和服役性能的主要材料。由于铜合金材料成本较高，通常采用在柱塞孔和端部配流面进行改性的技术方法，提高运动摩擦副耐磨性能的手段主要有：(1)在缸体柱塞孔中镶嵌铜合金套；(2)在缸体配流表面烧结铜合金材料；(3)利用铸造法在缸体柱塞孔和配流面上浇注铜铅合金材料。专利CN204402847U中涉及了一种用于轴向柱塞泵的双金属缸体结构，在柱塞孔内部自本体的顶端位置其嵌设铜衬套，铜衬套的内径小于柱塞孔底部的台阶孔的内径。随着液压泵马达的压力和速度的提升，高温液压油会渗入镶嵌铜合金与缸体孔的机械界面中，造成密封泄露；除此之外，油温的升高和剪切应力的增大会导致镶嵌铜合金脱落造成咬合，导致柱塞泵服役失效。早期美国专利USP3808659提出了一种烧结型双金属柱塞泵缸体的制造方法，利用青铜合金熔体浸渍烧结型铁基合金的方法，将铜铁合金粘结在缸体柱塞孔中。烧结型铁基合金由于烧结过程体积收缩，不能同时实现在缸体柱塞孔和配流面的成型。美国专利USP 4799419涉及了一种多缸液压活塞装置和缸体制造方法，采用在缸体配流盘表面烧结青铜合金层，但是该方法不能在缸体柱塞孔中进行铜合金层的烧结与成型。