專利名稱：無鉛雙金屬軸承材料用銅合金粉末及其制備方法
技術領域：
本發明涉及粉末冶金領域，尤其涉及一種無鉛雙金屬潤滑材料用銅合金粉末及其制備方法。
背景技術：
本發明的產品用途是以低碳鋼鋼板為基體、表面松裝燒結銅合金粉末、經致密軋制而成的銅合金-鋼雙金屬潤滑材料，主要用于制造汽車軸承、側板、止推片等。傳統燒結制造銅-鋼雙金屬潤滑材料用銅合金粉，如CuI^blOSnlO、CuPb24Sn, Ci^bMSM等牌號的銅鉛合金粉末，都含有大比例的鉛。因鉛及其化合物對人體有害，2006 年7月歐盟實施了 RoHS指令，要求投入市場的電子和電氣設備不得含有鉛等有害物質。長期以來，由于鉛在生產、電鍍過程中的污染以及軸瓦廢棄后的二次污染問題，對環境造成了巨大的危害，這個問題已越來越引起國內、外滑動軸承行業的關注。我國開發無鉛銅基自潤滑材料的呼聲日益高漲，尋找一種無鉛新材料來替代傳統材料已成為必然趨勢。中國發明專利CN1014^343 A公布了一種新型銅合金粉末，其配方組成按照重量百分比為鉍1_15%、錫0. 5-10%、鋅0. 3-15%，其余為銅，該專利將鋅作為一種主要添加成份，鋅含量較高。中國發明專利CN101696477 B中公布了一種無鉛銅基合金粉末材料，其成分范圍為Cu93-94%、Sn6-7%、P0. 1-0. 4%。專利CN101696478 B中公布了一種無鉛銅基合金粉末材料，其成分范圍為Cu87-89%、Sn5-7%、ai5-7%。在熔煉、霧化及燒結等制造環節中，因鋅和磷受熱極易發生氧化、氣化或揮發，這三種專利產品都造成空氣污染，惡化工作環境， 是用另一種污染替代了鉛污染，亟待改進。
發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的缺陷，提供一種無鉛雙金屬軸承材料用銅合金粉末及其制備方法，在配比成分中不含有害物質鉛，在制造、使用過程中也不產生其他污染。為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下
無鉛雙金屬軸承材料用銅合金粉末材料重量百分比構成為 銅 77-96%、錫 5-15%、鉍 1-8%、鋅 <0. 3%、磷 <0. 1%、鉛 <0. 1%。作為優選，所述銅合金粉末材料重量百分比構成為銅84-89%、錫8-12%、鉍 2. 5-3. 5%、鋅 <0. 3%、磷 <0. 05%、鉛 <0. 1%。無鉛雙金屬軸承材料用銅合金粉末材料，其特征是所述材料的物理性能為
①規格為-100目、-120目、-150目、-180目、-200目，優選規格為-150目；
②松裝密度為3.5 5. 0 g/cm3 ；優選松裝密度為3. 8 4. 8g/cm3 ；
③流動性為<25s/50g ；優選流動性為< 23s/50g ；最佳流動性為< 20s/50g ；
④粒度分布>150Mm:0. 5% ； 150 106Mm :0-20% ； 106 75Mm :0-20% ；75 45Mm :5-40% ； <45Mm :45-85% ；優選粒度分布為 >150Mm :0% ;15(Tl06Mm 彡 0. 5% ； 106 75Mm :5-15% ；75 45Mm :10-30% ； <45Mm :55-75% ；
⑤顆粒形狀為球形、亞球形、不規則形。優選顆粒形狀為亞球形。上述無鉛雙金屬軸承材料用銅合金粉末材料的制備方法包括以下具體步驟 (1)配料按照上述成份配料，嚴格控制原料中的鋅、磷、鉛含量。(2)熔煉采用200 300kg容量的中頻感應熔煉設備。先將這些配料按順序加入中頻熔煉爐，調高熔煉爐功率，使銅、錫、鉍等金屬材料熔化。感應爐具有電磁攪拌作用， 使銅合金成份更加均勻，雜渣易上浮、去除。熔煉時，添加木炭或碎玻璃進行造渣保護，保溫時間為2 10分鐘，銅液溫度控制在1300 1500°C之間。保溫過程中應多次攪拌、扒渣， 直至銅液表面潔凈無浮渣。(3)霧化通過柱塞泵或多級泵產生的高壓水流對金屬熔液進行霧化，銅液經過高壓水沖擊而細化，并遇水急冷，凝固成亞球形或橢圓形粉末。霧化參數為
①噴嘴尺寸為φ1. 5 3. 5mm ；優選方案噴嘴尺寸為Φ 2. 0 3. Omm ；
②噴嘴個數為6 12個；優選方案噴嘴個數為8 10個；
③漏嘴尺寸為Φ2. 0 6. Omm ；優選方案漏嘴尺寸為Φ 3. 0 5. 5mm ；
④霧化水壓為2.5 12. OMPa ；優選方案霧化水壓為3. 0 9. OMPa ；
⑤霧化溫度為1300 1500°C；
⑥霧化速度為10 30kg/min；優選方案霧化速度為10 20kg/min。(4)烘干篩分霧化粉漿通過沉積、烘干等工序，再通過使用不同目數的篩網進行篩分，篩去粗粉，制成各種目數規格的無鉛銅合金粉末材料。本發明通過選擇新型銅合金元素，特別設計了銅合金的成份范圍，并采用了以上制備技術方案，從而實現了滑動軸承用銅合金粉末材料無鉛化。本發明的銅合金粉末材料主要用于制造汽車軸承、側板、止推片等。因不含鋅、磷等易揮發元素，改善了在粉末熔煉霧化、燒結等過程中對環境的影響。該材料因不含鉛，在汽車軸瓦制造、使用及廢棄的過程中都避免了鉛對環境的污染問題。使用該無鉛銅合金粉體燒結成的銅合金-鋼雙金屬軸承材料，其性能與傳統的銅鉛合金材料相當，是一種替代傳統銅鉛材料的新型環保材料。
圖1為實施例1的顆粒形貌圖； 圖2為實施例3的顆粒形貌圖。
具體實施例方式以下通過實施例來說明本發明，但本發明不局限于這些實施例。實施例1
銅合金粉末牌號為CuSnlOBi3。(1)配料按照Cu86. 6%, SnlO. l%、Bi3. 2%的重量百分比成份進行配料，合計重量 250kg。嚴格控制原料中的鋅、磷、鉛含量。(2)熔煉將配料按順序加入中頻熔煉爐，調高熔煉爐功率，使銅、錫、鉍金屬材料熔化。感應爐具有電磁攪拌作用，使各元素更加分布均勻，雜渣易上浮、去除。熔煉時，添加木炭或碎玻璃進行造渣，保溫時間為4分鐘，銅液溫度控制在1460°C。銅液表面經多次攪拌、扒渣，直至潔凈無浮渣。(3)霧化通過柱塞泵或多級泵產生的高壓水對金屬熔液進行霧化，霧化參數為
①噴嘴尺寸為Φ2.0mm;
②噴嘴個數為8個；
③漏嘴尺寸為Φ4.0mm;
④霧化水壓為6.5 MPa ；
⑤霧化溫度為1460°C；
⑥霧化速度為18kg/min。(4)烘干篩分霧化粉漿通過沉積、烘干等工序，再通過使用150目篩網進行篩分， 篩去粗粉，制成-150目規格的無鉛銅合金粉末材料。結果見表1。實施例2
銅合金粉末牌號為CuSnlOBi3。(1)配料按照Cu86. 5%、SnlO. 5%、Bi3%的成份進行配料，合計重量^Okg。(2)熔煉將這些配料按順序加入中頻感應熔煉爐，熔煉時，添加木炭進行造渣保護，保溫時間為6分鐘，銅液溫度為1480°C。經多次攪拌、扒渣，銅液表面潔凈無浮渣。(3)霧化通過高壓水對金屬熔液進行霧化，霧化參數為
①噴嘴尺寸為Φ2.5 mm;
②噴嘴個數為10個；
③漏嘴尺寸為Φ3.5mm;
④霧化水壓為4.5 MPa ；
⑤霧化溫度為1480°C；
⑥霧化速度為16kg/min。(4)烘干篩分霧化粉漿通過沉積、烘干等工序，再通過150目篩網，篩去粗粉，制成-150目規格的無鉛銅合金粉末材料。結果見表1。實施例3
銅合金粉末牌號為CuSn8Bi5。(1)配料按照Cu86. 8%、Sn8. 2%、Β 5 %的重量百分比成份進行配料，合計重量 200kgo(2)熔煉將這些配料按順序加入中頻感應熔煉爐，熔煉時，添加碎玻璃進行造渣保護，保溫時間為5分鐘，銅液溫度為1480°C。經多次攪拌、扒渣，銅液表面潔凈無浮渣。(3)霧化通過高壓水對金屬熔液進行霧化，霧化參數為
①噴嘴尺寸為Φ2.0mm;
②噴嘴個數為10個；
③漏嘴尺寸為Φ3.5mm;
④霧化水壓為4.8 MPa ；
⑤霧化溫度為1480°C；
⑥霧化速度為18kg/min。
(4)烘干篩分霧化粉漿經過沉積、烘干等工序后，再通過150目篩網，篩去粗粉， 制成-150目規格的無鉛銅合金粉末材料。結果見表1。比較例1
作為比較例，選用牌號為Ci^blOSnlO的傳統銅鉛合金粉末材料，制備方法如實施例2。表1顯示本發明實施例的無鉛滑動軸承用銅合金粉末的特性與傳統銅鉛合金粉末的對照。通過比較可以看出，本發明無鉛銅合金粉末的各項性能指標都與傳統銅鉛合金材料相當，是一種替代傳統銅鉛材料的新型環保材料。銅合金性能比較表
表權利要求
1.無鉛雙金屬軸承材料用銅合金粉末及其制備方法，其特征在于所述材料重量百分比構成為銅 77-96%、錫 5-15%、鉍 1-8%、鋅 <0. 3%、磷 <0. 1%、鉛 <0. 1%。
2.根據權利要求1所述的無鉛雙金屬潤滑材料用銅合金粉末及其制備方法，其特征在于所述材料重量百分比構成為銅84-89%、錫8-12%、鉍2. 5-3. 5%、鋅<0. 3%、磷<0. 05%、鉛 <0. 1%。
3.根據權利要求1或2所述的無鉛雙金屬潤滑材料用銅合金粉末材料，其特征是所述材料的物理特性為①規格有-100目、-120目、-150目、-180目、-200目，優選規格為-150目；②松裝密度為3.5 5. Og/cm3 ；優選松裝密度為3. 8 4. 8g/cm3 ；③流動性為<25s/50g ；優選流動性為< 23s/50g ；最佳流動性為< 20s/50g ；④粒度分布>150Mm:0. 5% ； 150 106Mm :0-20% ； 106 75Mm :0-20% ；75 45Mm :5-40% ； <45Mm :45-85% ；優選粒度分布為 >150Mm :0% ;15(Tl06Mm 彡 0. 5% ； 106 75Mm :5-15% ；75 45Mm :10-30% ； <45Mm :55-75% ；⑤顆粒形狀為球形、亞球形、不規則形；優選顆粒形狀為亞球形。
4.根據權利要求3所述的無鉛雙金屬軸承材料用銅合金粉末材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)配料根據權利要求1或2所述方案的成份進行配料，嚴格控制原料中的含鋅、磷、鉛含量；(2)熔煉采用200 300kg容量的中頻感應熔煉設備；先將這些配料按順序加入中頻熔煉爐，調高熔煉爐功率，使銅、錫、鉍等金屬材料熔化；感應爐應具有電磁攪拌作用，使銅合金成份更加均勻，雜渣易上浮、去除；熔煉時，添加木炭或碎玻璃進行造渣保護，保溫時間為2 10分鐘，銅液溫度控制在1300 1500°C之間；保溫過程中應多次攪拌、扒渣，直至銅液表面潔凈無浮渣；(3)霧化通過柱塞泵或多級泵產生的高壓水流對金屬熔液進行霧化，銅液經過高壓水沖擊而細化，并遇水急冷，凝固成亞球形或橢圓形粉末；霧化參數為①噴嘴尺寸為Φ 1. 5 3. 5mm ；優選方案噴嘴尺寸為Φ 2. O Φ 3. Omm ；②噴嘴個數為6 12個；優選方案噴嘴個數為8 10個；③漏嘴尺寸為Φ2. O 6. Omm ；優選方案漏嘴尺寸為Φ 3. O 5. 5mm ；④霧化水壓為2.5 12. OMPa ；優選方案霧化水壓為3. O 9. OMPa ；⑤霧化溫度為1300 1500°C；⑥霧化速度為10 30kg/min ；優選方案霧化速度為10 20kg/min ；(4)烘干篩分霧化粉漿經過沉積、烘干等工序后，再使用不同目數的篩網進行篩分，篩去粗粉，制成各種目數規格的無鉛銅合金粉末材料。
全文摘要
本發明涉及無鉛雙金屬軸承材料用銅合金粉末及其制備方法。該粉體按重量百分比的構成為銅77-96%、錫5-15%、鉍1-8%、鋅<0.3%、磷<0.1%、鉛<0.1%；制備方法包括以下步驟(1)配料，(2)熔煉添加木炭或碎玻璃進行造渣保護，保溫時間2～10分鐘，銅液溫度控制在1300～1500℃之間；保溫過程中應多次攪拌、扒渣；(3)霧化，(4)烘干篩分霧化粉漿通過沉積、烘干等工序，再篩分，松裝密度為3.5～5.0g/cm3。本發明通過嚴格控制磷及鋅含量，改善了在粉末制取、燒結等過程中對環境的影響，在汽車軸瓦的制造、使用及廢棄過程中避免了鉛污染問題。使用該銅合金粉體燒結成的雙金屬軸承材料，性能良好，是替代傳統產品的環保材料。
文檔編號B22F9/08GK102528018SQ20121004737
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月28日 優先權日2012年2月28日
發明者駱張國 申請人:浙江吉利來新材料有限公司