CN105689722B - 一种铜基含油轴承材料及其制备方法 - Google Patents

一种铜基含油轴承材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种石墨烯/铜含油轴承材料及其制备的方法，属于石墨烯增强金属基复合材料领域。将石墨烯负载镍粉末、锡粉、铜粉和分散剂按照一定的质量分数配料，通过行星球磨机进行混合，然后通过压制、烧结、浸油、模具全整形工艺得到石墨烯/铜基含油轴承。以石墨烯负载镍粒子形式引入石墨烯，达到石墨烯强化相在金属基体中均匀分散、形成强界面化学结合的目的。另一方面，铜和镍形成无限互溶固溶体，起到固溶强化的作用。采用该方法制备的石墨烯/铜基含油轴承，组织均匀，具有较好的导热性能及较高的强度和耐磨性。

Description

一种铜基含油轴承材料及其制备方法
技术领域
本发明属于增强含油轴承领域，提供了一种用石墨烯负载镍粒子增强铜基复合材料制备铜基含油轴承的方法。
背景技术
粉末冶金铜基含油轴承是现在常用，并且公认为减磨性能高、耐蚀性好的轴承，但其工作温度只能在-60℃-120℃范围内，工作温度范围较窄。并且对那些经受重负荷的，同时又是高摩擦速度的机械轴承，尽快将摩擦面上的热量导出，变得很重要。
石墨烯具有优异的导热、力学性能和自润滑性，将石墨烯和铜结合在一起实现“强强联合”，可以使复合材料获得高强度、高热导、低热膨胀、耐磨等优异的综合性能，更难能可贵的是石墨烯的柔韧性好，使复合材料将易于加工和处理，综上所述，石墨烯/铜复合材料有望成为新一代高性能铜基复合材料。
实现强化相在金属中均匀分散、形成强界面结合以及维持其结构的稳定性是制备金属基纳米复合材料的关键。石墨烯负载金属粒子是通过将金属粒子分散在石墨烯上的方法，达到均匀分散、隔离和化学结合目的的有效方式。研究表明，石墨烯与镍有较好的结合性，以石墨烯负载镍粒子形式引入石墨烯，达到石墨烯强化相在金属基体中均匀分散、形成强界面化学结合的目的。另一方面，铜和镍形成无限互溶固溶体，起到固溶强化的作用。
发明内容
基于上述情况，本发明以石墨烯负载镍粒子为增强体添加其它合金元素粉末结合粉末冶金技术获得石墨烯/铜基含油轴承材料，以提高铜基含油轴承的耐磨性及导热性性能，特别对那些经受重负荷，同时又是高摩擦速度工作条件下使用的高性能铜基粉末冶金含油轴承。
具体工艺步骤如下：
为满足上述要求，制备石墨烯/铜基含油轴承的技术方案包括以下步骤：
(1)配制粉末：含油轴承中各组分的质量分数配比为：石墨烯负载镍粉为5-12％，锡粉为6-15％，余量为铜粉，并且加入0.1-0.5％的油酸作为分散剂，其中锡粉的平均粒径不大于45u m，铜粉的粒径不大于80um，石墨烯负载铜粒子复合粉末的粒度为80-100μm，石墨烯负载镍中镍含量为总质量的50-70％；
(2)将配置好的合金粉末放入行星球磨机中进行球磨混料，球磨完之后在液压机上进行压制成型，压制压力为200-300MPa，实现轴承的毛坯成型；
(3)将成型好的毛坯在氢气气氛下进行烧结，烧结温度为850℃-950℃，烧结时间为30-60min之后冷却出炉；
(4)采用含油轴承专用润滑油在真空条件下完全浸润冷却出炉的轴承毛坯，最后经过模具进行整形；
此法的优点在于采用石墨烯负载镍为增强体，使石墨烯在铜基轴承基体中分布均匀，并且使石墨烯与金属界面充分有效粘结，最大发挥石墨烯的特性，有效提高铜基含油轴承的强度和导热性能，并且石墨烯还能起到一定的润滑作用，进一步提高铜基含油轴承的耐磨性能。
具体实施方式
实施例1：5％石墨烯负载镍粉末制备铜基含油轴承
1)配制粉末：铜基含油轴承中各组分的质量分数配比为：石墨烯负载镍粉为5％、锡粉为6％、余量为铜粉，并且加入0.1％的油酸作为分散剂，其中所用的锡粉的平均粒径不大于45μm，铜粉的粒径不大于80μm，石墨烯负载铜粒子复合粉末的粒度为80μm，石墨烯负载镍中镍含量为总质量的50％；
2)将配置好的合金粉末放入行星球磨机中进行球磨混料，球磨完之后在液压机上进行压制成型，压制压力为300MPa，实现轴承的毛坯成型；
3)将成型好的毛坯在氢气气氛下进行烧结，烧结温度为950℃，烧结时间为30min之后冷却出炉；
4)采用含油轴承专用润滑油在真空条件下完全浸润冷却出炉的轴承毛坯，最后经过模具进行全整形。
实施例2：8％石墨烯负载镍粉末制备铜基含油轴承
1)配制粉末：铜基含油轴承中各组分的质量分数配比为：石墨烯负载镍粉为8％，锡粉为10％、余量为铜粉，并且加入0.2％的油酸作为分散剂，其中所用锡粉的平均粒径不大于45um，铜粉的粒径不大于80um，石墨烯负载铜粒子复合粉末的粒度为90μm，石墨烯负载镍中镍含量为总质量的60％；
2)将配置好的合金粉末放入行星球磨机中进行球磨混料，球磨完之后在液压机上进行压制成型，压制压力为200MPa，实现轴承的毛坯成型；
3)将成型好的毛坯在氢气气氛下进行烧结，烧结温度为850℃，烧结时间为40min之后冷却出炉；
4)采用含油轴承专用润滑油在真空条件下完全浸润冷却出炉的轴承毛坯，最后经过模具进行全整形。
实施例3：10％石墨烯负载镍粉末制备铜基含油轴承
1)配制粉末：铜基含油轴承中各组分的质量分数配比为：石墨烯负载镍粉为10％、锡粉为12％、余量为铜粉，并且加入0.3％的油酸作为分散剂，其中所用的锡粉的平均粒径不大于45um，铜粉的粒径不大于80um，石墨烯负载铜粒子复合粉末的粒度为100μm，石墨烯负载镍中镍含量为总质量的60％；
2)将配置好的合金粉末放入行星球磨机中进行球磨混料，球磨完之后在液压机上进行压制成型，压制压力为250MPa，实现轴承的毛坯成型；
3)将成型好的毛坯在氢气气氛下进行烧结，烧结温度为900℃，烧结时间为45min之后冷却出炉；
4)采用含油轴承专用润滑油在真空条件下完全浸润冷却出炉的轴承毛坯，最后经过模具进行全整形。
实施例4：12％石墨烯负载镍粉末制备铜基含油轴承
1)配制粉末：铜基含油轴承中各组分的质量分数配比为：石墨烯负载镍粉为12％、锡粉为15％、余量为铜粉，并且加入0.5％的油酸作为分散剂，其中所用的锡粉的平均粒径不大于45um，铜粉的粒径不大于80um，石墨烯负载铜粒子复合粉末的粒度为100μm，石墨烯负载镍中镍含量为总质量的70％；
2)将配置好的合金粉末放入行星球磨机中进行球磨混料，球磨完之后在液压机上进行压制成型，压制压力为250MPa，实现轴承的毛坯成型；
3)将成型好的毛坯在氢气气氛下进行烧结，烧结温度为900℃，烧结时间为60min之后冷却出炉；
4)采用含油轴承专用润滑油在真空条件下完全浸润冷却出炉的轴承毛坯，最后经过模具进行全整形。
上例所制备的石墨烯/铜基含油轴承，组织均匀，具有较好的导热性能和较高的强度和耐磨性。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种制备石墨烯/铜基含油轴承的方法，其工艺步骤为：
步骤一：配制粉末：含油轴承中各组分的质量分数配比为：石墨烯负载镍粉为5-12％，锡粉为6-15％，余量为铜粉，并且加入0.1-0.5％的油酸作为分散剂，其中锡粉的平均粒径不大于45um，铜粉的粒径不大于80um，石墨烯负载镍粒子复合粉末的粒度为80-100μm，石墨烯负载镍中镍含量为总质量的50-70％；
步骤二：将配置好的合金粉末放入行星球磨机中进行球磨混料，球磨完之后在液压机上进行压制成型，压制压力为200-300MPa，实现轴承的毛坯成型；
步骤三：将成型好的毛坯在氢气气氛下进行烧结，烧结温度为900℃-950℃，烧结时间为30-60min之后冷却出炉；
步骤四：采用含油轴承专用润滑油在真空条件下完全浸润冷却出炉的轴承毛坯，最后经过模具进行整形；
所述的石墨烯是以石墨烯负载镍粒子复合粉末的形式引入。
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