CN102586646A - 无铅双金属润滑材料用铜合金粉末及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无铅双金属润滑材料用铜合金粉末及其制备方法。该粉体按重量百分比的构成为：铜70-98%、锡2-15%、镍0-12%；制备方法包括以下步骤：（1）配料，（2）熔炼：添加木炭或碎玻璃进行造渣保护，保温时间2～10分钟，铜液温度控制在1300～1500℃之间；保温过程中应多次搅拌、扒渣；（3）雾化，（4）烘干筛分：雾化粉浆通过沉积、烘干等工序，再筛分，松装密度为3.5～5.0g/cm³。本发明通过调配铜、锡、镍的含量，改善了在粉末制取、烧结等过程中对环境的影响，实现产品无铅化，在汽车轴瓦的制造、使用及废弃过程中避免了铅污染问题。使用该铜合金粉体烧结成的双金属轴承材料，性能良好，是替代传统产品的环保材料。

Description

无铅双金属润滑材料用铜合金粉末及其制备方法

技术领域

本发明涉及粉末冶金领域，尤其涉及一种无铅双金属润滑材料用铜合金粉末及其制备方法。

背景技术

本发明的产品用途是以低碳钢钢板为基体、表面松装烧结铜合金粉末、经致密轧制而成的铜合金- 钢双金属润滑材料，主要用于制造汽车轴承、侧板、止推片等。

传统烧结制造铜-钢双金属润滑材料用铜合金粉，如CuPb10Sn10、CuPb24Sn、CuPb24Sn4等牌号的铜铅合金粉末，都含有大比例的铅。因铅及其化合物对人体有害， 2006年7月欧盟实施了RoHS指令，要求投入市场的电子和电气设备不得含有铅等有害物质。长期以来，由于铅在生产、电镀过程中的污染以及轴瓦废弃后的二次污染问题，对环境造成了巨大的危害，这个问题已越来越引起国内、外滑动轴承行业的关注。我国开发无铅铜基自润滑材料的呼声日益高涨，寻找一种无铅新材料来替代传统材料已成为了必然趋势。

中国发明专利CN101428343 A公布了一种新型铜合金粉末，其配方组成按照重量百分比为：铋1-15%、锡0.5-10%、锌0.3-15%，其余为铜，该专利将锌作为一种主要添加成份，锌含量较高。中国发明专利CN101696477 B中公布了一种无铅铜基合金粉末材料，其成分范围为Cu93-94%、Sn6-7%、P0.1-0.4%。专利CN101696478 B中公布了一种无铅铜基合金粉末材料，其成分范围为Cu87-89%、Sn5-7%、Zn5-7%。在熔炼、雾化及烧结等制造环节中，因锌和磷受热极易发生氧化、气化或挥发，这三种专利产品都造成空气污染，恶化工作环境，是用另一种污染替代了铅污染，亟待改进。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种无铅双金属润滑材料用铜合金粉末及其制备方法，在配比成分中不含有害物质铅，在制造、使用过程中也不产生其他污染。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

无铅双金属润滑材料用铜合金粉末材料重量百分比构成为：

铜70-98%、锡2-15%、镍0-12%。

优选方案二，所述铜合金粉末材料重量百分比构成为：铜82-88%、锡5-8%、镍8-10%。

优选方案三，所述铜合金粉末材料重量百分比构成为：铜89-92%、锡7-9%、镍0.5-1.5%。

上述几种无铅双金属润滑材料用铜基粉末，其物理性能为：

①规格为-100目、-120目、-150目、-180目、-200目，优选规格为-150目。

②松装密度为3.5～5.0 g/cm³；优选松装密度为3.8～4.8g/cm³。

③流动性为≤25s/50g；优选流动性为≤23s/50g；最佳流动性为≤20s/50g。

④粒度分布：>150μm：0.5%；150~106μm：0-20%；106~75μm：0-20%；75~45μm：5-40%；<45μm：45-85% 。

优选粒度分布为>150μm：0%；150~106μm：≤0.5%；106~75μm：5-15%；75~45μm：10-30%；<45μm：55-75%。

⑤颗粒形状为球形、亚球形、不规则形。优选颗粒形状为亚球形。

上述无铅双金属润滑材料用铜合金粉末材料的制备方法具体包括以下步骤：

（1）配料：按照以上所述方案的成份进行配料。

（2）熔炼：采用200～300kg容量的中频感应熔炼设备。先将这些配料按顺序加入中频熔炼炉，调高熔炼炉功率，使铜、锡、镍等金属材料熔化。感应炉应具有电磁搅拌作用，使铜合金成份更加均匀，杂渣易上浮、去除。熔炼时，添加木炭或碎玻璃进行造渣保护，保温时间为2～10分钟，铜液温度控制在1300～1500℃之间。保温过程中应多次搅拌、扒渣，直至铜液表面洁净无浮渣。

（3）雾化：通过柱塞泵或多级泵产生的高压水对金属熔液进行雾化，铜液经过高压水冲击而细化并遇水急冷凝固成亚球形或椭圆形粉末。雾化参数为：

①喷嘴尺寸为Φ1.5～3.5mm；优选方案的喷嘴尺寸为Φ2.0～3.0mm；

②喷嘴个数为6～12个；优选方案的喷嘴个数为8～10个；

③漏嘴尺寸为Φ2.0～6.0mm；优选方案的漏嘴尺寸为Φ3.0～5.5mm；

④雾化水压为2.5～12.0MPa；优选方案的雾化水压为3.0～9.0MPa；

⑤雾化温度为1300～1500℃；

⑥雾化速度为10～30kg/min；优选方案的雾化速度为10～20kg/min 。

（4）烘干筛分：雾化粉浆经过沉积、烘干等工序后，再使用不同目数的筛网进行筛分，筛去粗粉，制成各种目数规格的无铅铜合金粉末材料。

本发明通过选择新元素，特别设计了铜合金的配比成份，并采用了以上制备方案，从而实现了滑动轴承用铜合金粉末材料无铅化。同时因其不含贵稀金属铋，制造成本相对较低。使用该无铅铜合金粉体烧结成的铜合金-钢双金属轴承材料，其使用性能与传统的铜铅合金材料相当，是一种替代传统铜铅材料的新型环保材料。

附图说明

图1为实施例1的 颗粒形貌图；

图2为实施例3的 颗粒形貌图。

具体实施方式

以下通过实施例来说明本发明，但本发明不局限于这些实施例。

实施例1

铜合金粉末牌号为CuSn6Ni9。

（1）配料：按照Cu85%、Sn6.5%、Ni8.5%的成份进行配料，合计重量250kg。

（2）熔炼：将配料按顺序加入中频熔炼炉，调高熔炼炉功率，使铜、锡、镍金属材料熔化。感应炉具有电磁搅拌作用，使各元素更加分布均匀，杂渣易上浮、去除。熔炼时，添加木炭或碎玻璃进行造渣，保温时间为5分钟，铜液温度控制在1450℃。铜液表面经多次搅拌、扒渣，直至洁净无浮渣。

（3）雾化：通过柱塞泵或多级泵产生的高压水对金属熔液进行雾化，雾化参数为：

①喷嘴尺寸为Φ2.0 mm；

②喷嘴个数为8个；

③漏嘴尺寸为Φ4.5 mm；

④雾化水压为6.5 MPa；

⑤雾化温度为1450℃；

⑥雾化速度为15 kg/min。

（4）烘干筛分：雾化粉浆通过沉积、烘干等工序，再通过使用150目筛网进行筛分，筛去粗粉，制成-150目规格的无铅铜合金粉末材料。结果见表1。

实施例2

铜合金粉末牌号为CuSn6Ni9。

（1）配料：按照Cu84%、Sn7%、Ni9%的成份进行配料，合计重量260kg。

（2）熔炼：将这些配料按顺序加入中频感应熔炼炉，熔炼时，添加木炭进行造渣保护，保温时间为6分钟，铜液温度为1480℃。经多次搅拌、扒渣，铜液表面洁净无浮渣。

（3）雾化：通过高压水对金属熔液进行雾化，雾化参数为：

①喷嘴尺寸为Φ2.5 mm；

②喷嘴个数为10个；

③漏嘴尺寸为Φ3.0 mm；

④雾化水压为4.0 MPa；

⑤雾化温度为1450℃；

⑥雾化速度为18 kg/min。

（4）烘干筛分：雾化粉浆通过沉积、烘干等工序，再通过150目筛网，筛去粗粉，制成-150目规格的无铅铜合金粉末材料。结果见表1。

实施例3

铜合金粉末牌号为CuSn8Ni。

（1）配料：按照Cu91%、Sn8%、Ni1%的成份进行配料，合计重量220kg。

（2）熔炼：将这些配料按顺序加入中频感应熔炼炉，熔炼时，添加碎玻璃进行造渣保护，保温时间为5分钟，铜液温度为1460℃。经多次搅拌、扒渣，铜液表面洁净无浮渣。

（3）雾化：通过高压水对金属熔液进行雾化，雾化参数为：

①喷嘴尺寸为Φ2.0 mm；

②喷嘴个数为10个；

③漏嘴尺寸为Φ3.5 mm；

④雾化水压为3.8 MPa；

⑤雾化温度为1460℃；

⑥雾化速度为20 kg/min。

（4）烘干筛分：雾化粉浆通过沉积、烘干等工序，再通过150目筛网，筛去粗粉，制成-150目规格的无铅铜合金粉末材料。结果见表1。

比较例1

作为比较例，选用牌号为CuPb10Sn10的传统铜铅合金粉末材料，制备方法如实施例2。

本发明的有益效果是：无铅铜合金粉末的各项性能指标都与传统铜铅合金材料相当，是一种可替代传统铜铅材料的环保材料，详细指标参见表1。

铜合金性能比较表

表1               

以上所述仅为本发明的几个实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims (5)

1.无铅双金属润滑材料用铜合金粉末及其制备方法，其特征在于：所述材料重量百分比构成为：铜70-98%、锡2-15%、镍0-12%。

2.根据权利要求1所述的无铅双金属润滑材料用铜合金粉末及其制备方法，其特征在于：所述材料重量百分比构成为：铜82-88%、锡5-8%、镍8-10%。

3.根据权利要求1所述的无铅双金属润滑材料用铜合金粉末及其制备方法，其特征在于：所述材料重量百分比构成为：铜89-92%、锡7-9%、镍0.5-1.5%。

4.根据权利要求1或2或3所述的无铅双金属润滑材料用铜合金粉末材料，其特征是所述材料的物理特性为：

①规格有-100目、-120目、-150目、-180目、-200目，优选规格为-150目；

②松装密度为3.5～5.0g/cm³；优选松装密度为3.8～4.8g/cm³；

③流动性为≤ 25s/50g；优选流动性为≤23s/50g；最佳流动性为≤20s/50g；

④粒度分布：>150μm：0.5%；150~106μm：0-20%；106~75μm：0-20%；75~45μm：5-40%；<45μm：45-85%；优选粒度分布为>150μm：0%；150~106μm：≤0.5%；106~75μm：5-15%；75~45μm：10-30%；<45μm：55-75% ；

 ⑤颗粒形状为球形、亚球形、不规则形；优选颗粒形状为亚球形。

5.根据权利要求4所述的无铅双金属润滑材料用铜合金粉末材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）配料：根据权利要求1或2或3所述方案的成份进行配料；

（2）熔炼：采用200～300kg容量的中频感应熔炼设备；先将这些配料按顺序加入中频熔炼炉，调高熔炼炉功率，使铜、锡、镍等金属材料熔化；感应炉应具有电磁搅拌作用，使铜合金成份更加均匀，杂渣易上浮、去除；熔炼时，添加木炭或碎玻璃进行造渣保护，保温时间为2～10分钟，铜液温度控制在1300～1500℃之间；保温过程中应多次搅拌、扒渣，直至铜液表面洁净无浮渣；

（3）雾化：通过柱塞泵或多级泵产生的高压水对金属熔液进行雾化，铜液经过高压水冲击而细化并遇水急冷凝固成亚球形或椭圆形粉末；雾化参数为：

①喷嘴尺寸为Φ1.5～3.5mm；优选方案喷嘴尺寸为Φ2.0～3.0mm；

 ②喷嘴个数为6～12个；优选方案喷嘴个数为8～10个；

 ③漏嘴尺寸为Φ2.0～6.0mm；优选方案漏嘴尺寸为Φ3.0～5.5mm；

④雾化水压为2.5～12.0MPa；优选方案雾化水压为3.0～9.0MPa；

  ⑤雾化温度为1300～1500℃；

 ⑥雾化速度为10～30kg/min；优选方案雾化速度为10～20kg/min；

（4）烘干筛分：雾化粉浆经过沉积、烘干等工序后，再使用不同目数的筛网进行筛分，筛去粗粉，制成各种目数规格的无铅铜合金粉末材料。

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