專利名稱：：耐熱耐磨自潤滑材料及其制造方法
技術領域：
：本發明涉及粉末冶金材料及其制造方法。主要適用于冶金、機械、化工等部門制作耐熱耐磨自潤滑的大尺寸零部件。現有的自潤滑材料多為鐵基的，由于成本低廉，故應用廣泛。傳統的鐵基自潤滑材料有兩種一是浸油式的，基體有一定的孔隙度，靠油膜潤滑，其強度和使用溫度都較低;二是非浸油式的，通常要加入一定量的低熔點金屬，而合金元素和固體潤滑劑的加入量有限，加上采用一般的燒結工藝制成，故存在一定的孔隙度，致使使用溫度低，潤滑性和耐磨性不令人滿意，熱強性也較差(昭58-133346A、昭58-133347A)。本發明的目的在于提供一種熱強性高，并具有高耐磨性和低摩擦系數的全致密自潤滑材料及其制造方法。其主要技術方案是在材料的成分設計上，除以鐵為主要成分外，一是加入錳、鉻、鈷合金元素，提高熱強性和耐磨性，二是加入石墨、二硫化鉬(或二硫化鎢)，降低摩擦系數，三是加入青銅、共晶磷鐵，提高耐磨性，降低燒結溫度;在制造方法上，采用電火花燒結或熱壓燒結，可得到孔隙度極低的全致密的燒結材料。本發明自潤滑材料的化學成分(重量%)為青銅或銅中任一種5～30%，鈷2～5%，錳2.0～7.0%，鉻1.0～3.0%，共晶磷鐵(Fe3P或Pe2P)3～6%，石墨3～15%，二硫化鉬或二硫化鎢中任一種2～5%，其余為鐵。其中青銅的化學成分(重量%)為錫5～7%，鋅5～7%，鉛2～4%余為銅。本發明自潤滑材料的主要成分為鐵，采用-200目的還原鐵粉或霧化鐵粉。鐵在燒結過程中，可和石墨碳素形成珠光體，珠光體為基體相，有良好的耐磨性。錳和鉻可強化鐵素體，并產生少量的合金滲碳體，達到復合強化基體相的目的，有效地提高了材料的熱強性和耐磨性。錳和鉻可以以錳鐵和鉻鐵的形式加入，粉碎后，過200目篩。所加入的鈷采用微米級的鈷粉，鈷在燒結時可與鐵完全固溶，使材料的熱強性大大提高。所加入的青銅采用-200目的霧化粉末，而銅采用-300目的電解粉末，它們可提高材料的導熱性和耐磨性，降低材料的燒結溫度，使材料易于致密化。材料中的共晶磷鐵，以Fe3P或Fe2P形式存在，目的是提高材料的耐磨性，而又不至于研磨對偶金屬。它是將共晶態的磷鐵合金經粉碎后，過200目篩使用。本發明的自潤滑材料中，石墨和二硫化鉬(或二硫化鎢)是兩種固體潤滑劑。石墨采用-300目的化學純粉劑。石墨在450～500℃時，摩擦系數較低，和對偶金屬有很大的分子結合力，減磨性不隨摩擦方向的變化而變化，熱穩定性和化學穩定性較高，特別適用于500℃溫度以下工作。二硫化鉬(或二硫化鎢)粉劑，粒度細小，與對偶金屬親合力很強，在燒結中，有少量分解，分解的鉬(或鎢)可強化基體相，而硫和鐵形成硫化鐵，它具有很好的潤滑性。本發明所述的自潤滑材料采用粉末冶金工藝制成。合金中各組份均采用粉末，按其化學成分范圍配料后，充分混合均勻，然后裝模，隨之燒結成形。燒結工藝采用電火花燒結或熱壓燒結。電火花燒結分兩個階段進行第一階段為輕壓跟蹤-放電活化階段，輕壓跟蹤壓力為1-3MPa，溫度從室溫至600℃，時間5～10分鐘;第二階段為重壓成形-熱塑變致密化階段，重壓成形壓力為23～28MPa，溫度600～1050℃，時間3～6分鐘;停電后繼續保壓2～3分鐘，以利于合金元素的充分擴散。采用熱壓燒結工藝時，感應加熱和直接通電加熱均可。所施加的壓力分初壓和二次加壓，初壓壓力6～8MPa，溫度600～800℃時間10～15分鐘，二次加壓壓力為15～25MPa，溫度800～1100℃，時間20-30分鐘，停電后繼續保壓3～5分鐘。電火花燒結和熱壓燒結均在大氣中進行。與傳統的鐵基自潤滑材料相比，根據本發明的化學成分和制造方法所制得自潤滑材料，組織致密，幾乎無孔隙，同時，基體相被錳、鉻、鈷元素大幅度地強化，大大地提高了材料的耐磨性和熱強性，同時，共晶磷鐵和固體潤滑劑均勻地分布在基體中，進一步提高了材料的耐磨性，并使材料的減摩性得到了保證。該自潤滑材料與對偶金屬(如鋼質材料)干摩擦時，可在對偶金屬的表面上形成一層很薄的轉移潤滑層，與對偶金屬組成良好的自潤滑摩擦副。可在500℃溫度以下長期工作。本發明的自潤滑材料，具有優異的物理性能和機械性能;密度為5.5～7.0g/cm3;硬度HB190～270;抗壓強度690～890MPa;與鋼的干摩擦系數，室溫下為0.05～0.1，480℃溫度下為0.05～0.12。實施例根據本發明所述的化學成分和制造方法，制備了四批自潤滑材料。按化學成分和粒度要求配料(所有料均為粉劑)后，分別在混料機中混料，充分混合均勻后，分別裝模，第1、2批號采用電火花燒結，第3、4批號采用熱壓燒結。四個批號的化學成分如表1所示，電火花燒結和熱壓燒結的工藝參數分別于表2和表3所示，表4列出了最終產品的性能。表1實施例的化學成分(重量%)</tables>表1中，青銅的化學組成(重量%)為批號1中錫6.1%，鋅5.9%，鉛3.2%，余為銅;批號2中錫6.4%，鋅5.5%，鉛2.5%，余為銅。表2實施例電火花燒結工藝參數</tables>權利要求1.一種耐熱耐磨自潤滑材料，其特征在于化學成分(重量%)為青銅或銅中任一種5～30%，鈷2～5%，錳2.0～7.0%，鉻1.0～3.0%，共晶磷鐵(Fe3P或Fe2P)3～6%，石墨3～15%，二硫化鉬或二硫化鎢中任一種2～5%，其余為鐵。2.一種權利要求1所述的自潤滑材料的制造方法，采用粉末冶金工藝，各組份的粉末經配料和充分混合均勻后裝模，隨之燒結，其特征在于燒結工藝采用電火花燒結或熱壓燒結電火花燒結分兩個階段，第一階段為輕壓跟蹤一放電活化階段，第二階段為重壓成形-熱塑變致密化階段;燒結溫度≤1050℃;熱壓燒結分初壓和二次加壓兩個階段，燒結溫度≤1100℃。3.根據權利要求2所述的制造方法，其特征在于電火花燒結第一階段的工藝參數為壓力1～3MPa，時間5～10分鐘，溫度從室溫至600℃;第二階段的工藝參數為壓力23～28MPa，時間3～6分鐘，溫度600～1050℃;停電后保壓2～3分鐘。4.根據權利要求2所述的制造方法，其特征在于熱壓燒結的初壓壓力為6～8MPa，溫度600～800℃，時間10～15分鐘;二次加壓壓力為15～25MPa，溫度為800～1100℃，燒結時間20～30分鐘;停電后保壓3～5分鐘。全文摘要本發明為耐熱耐磨自潤滑材料及其制造方法。其特征是以鐵為主要成分，基體相為珠光體，加入了錳、鉻、鈷元素，提高材料的熱強性和耐磨性，同時加入了石墨、二硫化鉬、青銅和共晶磷鐵等，提高耐磨性和降低摩擦系數。在制造方法上，采用電火花燒結或熱壓燒結。材料組織致密，本發明材料具有優異的物理性能和機械性能，可在500℃溫度以下長期工作。主要用于制作冶金、機械、化工等部門在高溫下工作的大尺寸自潤滑軸承等零部件。文檔編號B22F3/12GK1055397SQ9110225公開日1991年10月16日申請日期1991年4月12日優先權日1991年4月12日發明者羅錫裕,楊鳳環,譚益欽,楊鋼,田淑巖申請人:冶金工業部鋼鐵研究總院