CN102248320A

CN102248320A - 锡基复合巴氏合金及制备焊丝的方法

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Publication number: CN102248320A
Application number: CN2011101872028A
Authority: CN
Inventors: 周健; 陈旭; 姚瑶; 薛烽; 白晶
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2011-07-06
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2031-07-06
Also published as: CN102248320B

Abstract

一种锡基复合巴氏合金，包含巴氏合金基体和磁性颗粒，磁性颗粒的重量百分比为1～10%，余量为巴氏合金基体，巴氏合金基体包括：Sb、Cu及Sn，其重量百分比：Sb5-13%，Cu1-10%，Sn余量。一种利用复合巴氏合金制备焊丝的方法，将巴氏合金粉末与磁性颗粒混合均匀，在助焊剂保护下加热至450-500℃，在磁场下搅拌和浇铸，再将合金通过挤压、拉拔工艺制备成0.1-3mm的丝材，所述巴氏合金粉末采用以下方法制得：将Sb、Cu及Sn按照重量百分比为Sb5-13%，Cu1-10%，Sn余量的比例混合并加热至熔融状态，在氮气保护下，使用超声雾化设备将熔液制成巴氏合金粉末。本发明不仅细化了合金晶粒，提高了耐磨性，在磁场作用下显著提高在钢基体上的润湿性及可焊性。

Description

锡基复合巴氏合金及制备焊丝的方法

技术领域

本发明属于耐磨材料及焊接材料领域，特别涉及一种高耐磨的复合巴氏合金焊丝。

背景技术

耐磨材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，耐磨材料约占85%。作为耐磨材料使用的合金主要包括铜基合金、锌基合金、铝基合金、铅基合金和锡基合金等。在这些材料中，锡基合金、铝基合金使用最多。

锡基巴氏合金具有减摩特性，是最广为人知的耐磨材料，适合于相对低硬度轴转动的耐磨部件。与其它耐磨材料相比，具有更好的适应性和压入性，广泛用于大型机械主轴的轴瓦、轴承、轴衬、轴套。然而，这种应用量最大的耐磨合金仍然存在不足之处，主要体现在：合金的耐磨性能在一些高稳定性和高可靠性要求的应用场合仍然达不到要求；由于合金中含有Sb和Cu，这些元素在合金中是以脆性较高的金属间化合物形式存在，导致合金的塑性降低，因而不易进行压力加工；在一些高负载部件上，巴氏合金与其它材料的复合加工技术成为一个关键问题。近几年来，国内外在巴氏合金方面的研究呈现出新的研究动态，包括改善合金，特别是通过加入强化颗粒和纤维形成复合材料，进一步提高合金的力学性能；探索新的材料加工方法，特别是采用弧焊和钎焊的方法。

参考专利1（专利号：CN86105731）公开了一种纤维增强巴氏合金及制造方法。这种复合材料制成的轴瓦，具有较高的室温强度和高温强度，耐磨性能提高一倍以上。

参考专利2（专利号：CN200610118186.6）公开了一种使用巴氏合金丝进行钨极惰性气体保护钎焊的方法，将巴氏合金作为填充材料熔敷于零件的表面，接合界面平整，结合强度高。

参考专利3（专利号：CN02142912）公开了一种加入含量不高于0.5%的Fe、Co、Ni元素的Sn-Cu基无铅焊料，三种元素的作用是改善了焊料的力学性能和可靠性。

参考专利4（CN200510013430）公开了一种氧化锆纳米颗粒增强型锡银复合焊料及其制备方法，以氧化锆作为增强相提高了锡银焊料的硬度及可靠性。

综上所述，锡基巴氏合金在耐磨材料领域有着广泛应用，对于合金改善方法主要为纤维增强。以颗粒方式加入增强相在锡基无铅焊料中也有报道，颗粒主要用来提高力学性能，巴氏合金中还未有此类报道。

发明内容

为了提高锡基巴氏合金的耐磨性、润湿性和变形加工性能，本发明提出了一种锡基复合巴氏合金及制备焊丝的方法。

本发明采用如下技术方案：

一种锡基复合巴氏合金，包含巴氏合金基体和磁性颗粒，其中，磁性颗粒的重量百分比为1～10%，余量为巴氏合金基体，所述的巴氏合金基体包括：Sb、Cu及Sn，其重量百分比：Sb 5-13%，Cu 1-10%，Sn余量。

一种复合巴氏合金制备焊丝的方法，将巴氏合金粉末与磁性颗粒混合均匀，在助焊剂保护下加热至450-500℃，在磁场下搅拌和浇铸，再将合金通过挤压、拉拔工艺制备成0.1-3mm的丝材，

所述巴氏合金粉末采用以下方法制得：

将Sb、Cu及Sn按照重量百分比为Sb 5-13%，Cu 1-10%，Sn余量的比例混合并加热至熔融状态，在氮气保护下，使用超声雾化设备将熔液制成巴氏合金粉末。

一种复合巴氏合金焊丝的使用方法，在钢焊件上施加磁场，在进行堆焊时提高巴氏合金焊料在施焊表面的润湿性和可焊性。

上述的锡基巴氏合金焊丝的制备方法如下：先制得巴氏合金粉末，与磁性颗粒混合均匀，在助焊剂保护下加热至450-500℃，在磁场下搅拌和浇铸，再将合金通过挤压、拉拔工艺制备成0.1-3mm的丝材。磁性颗粒在焊丝制备中起至关重要的作用。由于磁性颗粒浇铸时作为形核剂，在磁场作用下搅拌，致使形成的结晶不断破碎分离，从而增加了形核率，细化晶粒，形成的合金具有良好的塑性，因此改善了合金在拉丝过程中由于塑性不良导致的断丝问题。

磁性颗粒的加入还能够改善巴氏合金焊丝在堆焊时的工艺性能，特别是提高焊丝的润湿性和可焊性。在待焊钢铁工件表面施加一定的磁场，焊料在熔化后由于磁性颗粒在磁场力的作用下形成附着力，因而提高了焊料的润湿性和可焊性。

磁性颗粒能够进一步提高巴氏合金堆焊层的耐磨性。由于磁性颗粒也是一种硬质相，在基体中起到支撑质点的作用，可以有效降低巴氏合金的表面摩擦系数，提高堆焊层的耐磨性。

附图说明

图1为2%Fe颗粒巴氏合金的金相显微组织（抛光态）。

图2为巴氏合金的金相显微组织（腐蚀态）

图3是含4%Fe颗粒巴氏合金的金相显微组织（腐蚀态）。

图4为磁场对锡基巴氏合金的影响。

图5为磁场对含磁性颗粒的锡基巴氏合金的影响。

图6 为不同含量Fe颗粒巴氏合金的磨损体积对比图。

具体实施方式

实施例1

一种锡基复合巴氏合金，包含巴氏合金基体和磁性颗粒，其中，磁性颗粒的重量百分比为1～10%，余量为巴氏合金基体，所述的巴氏合金基体包括：Sb、Cu及Sn，其重量百分比：Sb 5-13%，Cu 1-10%，Sn余量。所述的磁性颗粒至少包括Fe、Co、Ni、Fe₂O₃、Fe₃O₄颗粒中的一种，所述的磁性颗粒的粒径为0.05～50μm。在本实施例中，磁性颗粒的重量百分比为1%、6%或10%；巴氏合金基体中Sb、Cu及Sn的重量百分比为Sb 5%、Cu 1%、Sn余量，Sb 7%、Cu 4%、Sn余量，或者，Sb13%、Cu 10%、Sn余量；所述的磁性颗粒可以是Fe、Co、Ni、Fe₂O₃、Fe₃O₄颗粒中的一种，也可以是Fe、Co、Ni、Fe₂O₃、Fe₃O₄颗粒的任意组合；磁性颗粒的粒径为0.05、15或50μm。

实施例2

一种锡基复合巴氏合金，包含巴氏合金基体和磁性颗粒，其中，磁性颗粒的重量百分比为2%，余量为巴氏合金基体，所述的巴氏合金基体牌号为ZCHSnSb11-6，所述的磁性颗粒为Fe，所述的磁性颗粒的粒径为30μm。参照图1，浅色的巴氏合金基体上均匀分布着深色的Fe颗粒。参照图6，含2%Fe颗粒的巴氏合金与不含Fe颗粒的巴氏合金相比，磨损体积减少了14.3%，耐磨性提高，磨损试验在MM-200型磨损试验机上进行，采用GCr15钢磨轮油磨，载荷300N，滑动线速度1m/s,磨损时间20min。

实施例3

一种锡基复合巴氏合金，包含巴氏合金基体和磁性颗粒，其中，磁性颗粒的重量百分比为4%，余量为巴氏合金基体，所述的巴氏合金基体牌号为ZCHSnSb11-6，所述的磁性颗粒为Fe，所述的磁性颗粒的粒径为30μm。参照图2，巴氏合金组织中，黑色针状或星状晶体为ε（Cu6Sn5）相，粗大且分布不均匀，参照图3，含4%Fe颗粒的巴氏合金中，黑色ε（Cu6Sn5）相有所细化且分布均匀。参照图4，锡基巴氏合金在铁片上润湿时，磁场没有对巴氏合金产生作用，参照图5，含4%Fe颗粒的锡基巴氏合金在铁片上润湿时，通过磁场作用后，铺展面积增大，润湿性提高。参照图6，含4%Fe颗粒的巴氏合金与不含Fe颗粒的巴氏合金相比，磨损体积减少了22.9%，耐磨性提高，磨损试验在MM-200型磨损试验机上进行，采用GCr15钢磨轮油磨，载荷300N，滑动线速度1m/s,磨损时间20min。

实施例4

一种利用复合巴氏合金制备焊丝的方法，将巴氏合金粉末与磁性颗粒混合均匀，在助焊剂保护下加热至450-500℃，在磁场下搅拌和浇铸，再将合金通过挤压、拉拔工艺制备成0.1-3mm的丝材，

所述巴氏合金粉末采用以下方法制得：

将Sb、Cu及Sn按照重量百分比为Sb 5-13%，Cu 1-10%，Sn余量的比例混合并加热至熔融状态，在氮气保护下，使用超声雾化设备将熔液制成巴氏合金粉末，助焊剂为松香。

实施例5

Claims

1.一种锡基复合巴氏合金，其特征在于：包含巴氏合金基体和磁性颗粒，其中，磁性颗粒的重量百分比为1～10%，余量为巴氏合金基体，所述的巴氏合金基体包括：Sb、Cu及Sn，其重量百分比：Sb 5-13%，Cu 1-10%，Sn余量。

2.根据权利要求1所述的锡基复合巴氏合金，其特征在于：所述的磁性颗粒至少包括Fe、Co、Ni、Fe₂O₃、Fe₃O₄颗粒中的一种。

3.根据权利要求1所述的复合巴氏合金，其特征在于所述的磁性颗粒的粒径为0.05～50μm。

4.一种利用权利要求1所述的复合巴氏合金制备焊丝的方法，其特征在于，将巴氏合金粉末与磁性颗粒混合均匀，在助焊剂保护下加热至450-500℃，在磁场下搅拌和浇铸，再将合金通过挤压、拉拔工艺制备成0.1-3mm的丝材，

所述巴氏合金粉末采用以下方法制得：

5.根据权利要求4所述的复合巴氏合金制备焊丝的方法，其特征在于，助焊剂为松香。

6.一种复合巴氏合金焊丝的使用方法，其特征在于可以在钢焊件上施加磁场，在进行堆焊时提高巴氏合金焊料在施焊表面的润湿性和可焊性。