CN111020286B - 一种锡基巴氏合金及其方法和用途 - Google Patents

一种锡基巴氏合金及其方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种锡基巴氏合金及其方法和用途，包括按照质量百分比计的以下组分：Sb 3％～15％，Cu 2％～9％，Ni 0.02％～1％，Ge 0.002％～0.16％，Li 0.02％～0.05％，Zr 0.002％～0.16％和Sn 74.63％～94.956％。本申请所提供的锡基巴氏合金通过添加Ni、Ge、Li、Zr等元素，可降低FeSn2、FeSn等脆性化合物的含量，形成Ni3Sn4等新的化合物，同时，可以细化晶粒，提高钢基体与巴氏合金的结合强度。

Description

一种锡基巴氏合金及其方法和用途
技术领域
本发明涉及巴氏合金技术领域，具体而言，涉及一种锡基巴氏合金及其方法和用途。
背景技术
轴承合金又称巴氏合金，是一种软基体上分布着硬颗粒相的低熔点合金，分锡基、铅基、镉基三个系列。锡基巴氏合金和铅基巴氏合金是唯一适合相对于低硬度轴转动的材料，与其它轴承材料相比，具有更好的适应性和嵌入性，广泛应用于高速、重载、高精度、大功率的机械设备中，是大中型机械设备的关键部件。
由于巴氏合金的强度较低，价格贵，使用时必须浇铸在青铜、钢壳或铸铁的轴瓦上。目前巴氏合金主要是通过重力浇铸、离心浇铸和电弧喷涂等方法与轴承壳体结合，形成钢基体轴承合金、铜基体轴承合金。
近年来，随着技术的飞速发展，对于工程机械“高速、重载”的需求日益高涨。提速、增重，势必会带来由于轴瓦结合强度低，耐热冲击强度小，而造成轴瓦过早失效。新的要求是锡基巴氏合金与壳体的结合强度不低于55MPa。目前国内滑动轴承结合强度一般在35MPa～45MPa，远远满足不了更高的使用要求。其原因在于巴氏合金涂覆过程易氧化、表面有“锡灰”、高温强度低，且与基体结合及层层结合强度低。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明所提供的一种锡基巴氏合金，所述的锡基巴氏合金，添加了适当比例的Ni、Ge、Li和Zr元素，提高了所述巴氏合金的高温强度，细化了合金晶粒，也提高了巴氏合金与基体结合强度。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种锡基巴氏合金，包括按照质量百分比计的以下组分：
Sb 3％～15％，Cu 2％～9％，Ni 0.02％～1％，Ge 0.002％～0.16％，Li 0.02％～0.05％，Zr 0.002％～0.16％和Sn 74.63％～94.956％。
优选的，所述的锡基巴氏合金，由按照质量百分比计的以下组分组成：
Sb 3％～15％，Cu 2％～9％，Ni 0.02％～1％，Ge 0.002％～0.16％，Li 0.02％～0.05％，Zr 0.002％～0.16％和余量的Sn。
优选的，所述的锡基巴氏合金，由按照质量百分比计的以下组分组成：
Sb 7％-12％，Cu 3％-7％，Ni 0.2％～0.8％，Ge 0.1％～0.15％，Li 0.03％～0.04％，Zr 0.05％～0.13％和余量的Sn。
一种所述的锡基巴氏合金的制备方法，包括以下步骤：
(a)、将Cu、CuZr合金、CuNi合金加热熔炼至全部熔化；
(b)、在步骤(a)中得到的降温后的熔融金属中加入CuGe合金、Sb继续熔炼，熔炼至全部熔化；
(c)、在步骤(b)中得到的降温后的熔融金属中加入Sn以及用金属包裹的Li进行熔炼，待金属全部熔化后，在覆盖剂的保护下静置，静置后浇注，得到所述锡基巴氏合金；
所述金属选自锡或铜，优选为锡箔。
在本发明一些优选的实施例中，所述覆盖剂为木炭。
优选的，在步骤(c)中，所述静置的时间为30～60分钟。
优选的，在步骤(a)中，所述CuZr合金为CuZr10合金。
优选的，在步骤(a)中，所述CuNi合金为CuNi15合金。
优选的，在步骤(b)中，所述熔炼的温度为780～800℃。
优选的，在步骤(b)中，所述CuGe合金为CuGe40合金。
优选的，在步骤(c)中，所述熔炼的温度为280～300℃。
一种所述的锡基巴氏合金在制备钢基轴瓦表面涂层中的用途。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本申请所提供的锡基巴氏合金，添加了适当比例的Ni、Ge、Li和Zr元素，提高了所述巴氏合金的高温强度，细化了合金晶粒，也提高了巴氏合金与基体结合强度。
(2)本申请所提供的锡基巴氏合金的制备方法，采用不同温度加入不同的金属或者金属合金，方便、简单、易于批量生产。
(3)本申请所提供的所述的锡基巴氏合金在制备轴承表面涂层中的用途，通过向巴氏合金中添加Ni、Ge、Li、Zr等元素，可降低FeSn2、FeSn等脆性化合物的含量，形成Ni3Sn4等新的化合物，同时，可以细化晶粒，提高钢基体与巴氏合金的结合强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为锡基巴氏合金ZchSnSb8-4的涂层照片；
图2为本发明实施例提供的锡基巴氏合的金涂层照片；
图3为ZchSnSb8-4巴氏合金的金相照片；
图4为本发明实施例提供的锡基巴氏合的的另一个金相照片；
图5为ZchSnSb11-6巴氏合金的金相照片；
图6为本发明实施例提供的锡基巴氏合的的金相照片。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明所提供的一种锡基巴氏合金，包括按照质量百分比计的以下组分：
Sb 3％～15％，Cu 2％～9％，Ni 0.02％～1％，Ge 0.002％～0.16％，Li 0.02％～0.05％，Zr 0.002％～0.16％和Sn 74.63％～94.956％。
本申请所提供的锡基巴氏合金，添加了适当比例的Ni、Ge、Li和Zr元素，提高了所述巴氏合金的高温强度，细化了合金晶粒，也提高了巴氏合金与基体结合强度。其中Zr起到细化晶粒的作用；Ni起到提高强度的作用；Ge起到提高抗氧化性的作用。
在本发明一些优选的实施例中，所述的锡基巴氏合金，由按照质量百分比计的以下组分：
Sb 3％～15％，Cu 2％～9％，Ni 0.02％～1％，Ge 0.002％～0.16％，Li 0.02％～0.05％，Zr 0.002％～0.16％和余量的Sn。
在本发明一些优选的实施例中，所述的锡基巴氏合金，由按照质量百分比计的以下组分组成：
Sb 7％-12％，Cu 3％-7％，Ni 0.2％～0.8％，Ge 0.1％～0.15％，Li 0.03％～0.04％，Zr 0.05％～0.13％和余量的Sn。
本发明所提供的一种所述的锡基巴氏合金的制备方法，包括以下步骤：
(a)、将Cu、CuZr合金、CuNi合金加热熔炼至全部熔化；
(b)、在步骤(a)中得到的降温后的熔融金属中加入CuGe合金、Sb继续熔炼，熔炼至全部熔化；
(c)、在步骤(b)中得到的降温后的熔融金属中加入Sn以及用金属包裹的Li进行熔炼，待金属全部熔化后，在覆盖剂的保护下静置，静置后浇注，得到所述锡基巴氏合金；
所述金属选自锡或铜，优选为锡箔。
在本发明一些优选的实施例中，所述覆盖剂为木炭，也可以是其他的常用的抗氧化剂，防止金属氧化。
在本发明一些优选的实施例中，在步骤(c)中，所述静置的时间为30～60分钟。
在本发明一些优选的实施例中，在步骤(a)中，所述CuZr合金为CuZr10合金。
在本发明一些优选的实施例中，在步骤(a)中，所述CuNi合金为CuNi15合金。
在本发明一些优选的实施例中，在步骤(b)中，所述熔炼的的温度为780～800℃。
在本发明一些优选的实施例中，在步骤(b)中，所述CuGe合金为CuGe40合金。
在本发明一些优选的实施例中，在步骤(c)中，所述熔炼的温度为280～300℃。
一种所述的锡基巴氏合金在制备钢基轴瓦表面涂层中的用途。
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
本实施例所提供的一种锡基巴氏合金包括以下质量百分比的组份：、
Sb：6％，Cu：:5％，Ni：0.05％，Ge：0.05％，Li：0.03％，Zr：0.1％，余量为Sn。
上述巴氏合金制备方法，具体包括以下步骤：
分别将Ge、Zr、Ni与Cu制成CuGe40、CuZr10、CuNi15中间合金。
将Cu、CuZr10、CuNi15分别按照(3.75％、1％、0.33％)质量比例放入坩埚中熔炼，使用木炭覆盖。待合金全部熔化后调低熔炼炉功率，当熔融金属降低到800℃时(红外测温仪测量)，分别加入0.125％的CuGe40和6％的Sb进行熔炼。待合金全部熔化后调低熔炼炉功率，当熔融金属降低到300℃时(红外测温仪测量)，加入Sn以及用锡箔包裹的Li粒进行熔炼，其中Sn和锡箔占总重量的88.77％，Li占总重量的0.03％，合金全部熔化后在覆盖剂的保护下静置40min，浇注得到所需巴氏合金。
实施例2
本实施例所提供的一种锡基巴氏合金包括以下质量百分比的组份：
Sb：10％，Cu：8％，Ni：1％，Ge：0.1％，Li：0.05％，Zr：0.002％，余量为Sn。
上述巴氏合金制备方法，具体包括以下步骤：
分别将Ge、Zr、Ni与Cu制成CuGe40、CuZr10、CuNi15中间合金。
将Cu、CuZr10、CuNi15分别按照(2.16％、0.02％、6.67％)质量比例放入坩埚中熔炼，使用木炭覆盖。待合金全部熔化后调低熔炼炉功率，当熔融金属降低到800℃时(红外测温仪测量)，分别加入0.25％的CuGe40和10％的Sb进行熔炼。待合金全部熔化后调低熔炼炉功率，当熔融金属降低到300℃时(红外测温仪测量)，加入Sn以及用锡箔包裹的Li粒进行熔炼，其中Sn和锡箔占总重量的80.85％，Li占总重量的0.05％，合金全部熔化后在覆盖剂的保护下静置60min，浇注得到所需巴氏合金。
实施例3
本实施例所提供的一种锡基巴氏合金包括以下质量百分比的组份：
Sb：3％，Cu：2％，Ni：0.02％，Ge：0.002％，Li：0.02％，Zr：0.01％，余量为Sn。
上述巴氏合金制备方法，具体包括以下步骤：
分别将Ge、Zr、Ni与Cu制成CuGe40、CuZr10、CuNi15中间合金。
将Cu、CuZr10、CuNi15分别按照质量比例放入坩埚中熔炼，使用木炭覆盖。待合金全部熔化后调低熔炼炉功率，当熔融金属降低到780℃时(红外测温仪测量)，分别加入CuGe40和Sb进行熔炼。待合金全部熔化后调低熔炼炉功率，当熔融金属降低到280℃时(红外测温仪测量)，加入Sn以及用锡箔包裹的Li粒进行熔炼，其中Sn和锡箔占总重量的94.948％，Li占总重量的0.02％，合金全部熔化后在覆盖剂的保护下静置60min，浇注得到所需巴氏合金。
实施例4
本实施例所提供的一种锡基巴氏合金包括以下质量百分比的组份：
Sb：15％，Cu：9％，Ni：1％，Ge：0.16％，Li：0.05％，Zr：0.16％，余量为Sn。
上述巴氏合金制备方法，具体包括以下步骤：
分别将Ge、Zr、Ni与Cu制成CuGe40、CuZr10、CuNi15中间合金。
将Cu、CuZr10、CuNi15分别按照质量比例放入坩埚中熔炼，使用木炭覆盖。待合金全部熔化后调低熔炼炉功率，当熔融金属降低到780℃时(红外测温仪测量)，分别加入CuGe40和Sb进行熔炼。待合金全部熔化后调低熔炼炉功率，当熔融金属降低到280℃时(红外测温仪测量)，加入Sn以及用锡箔包裹的Li粒进行熔炼，其中Sn和锡箔占总重量的74.63％，Li占总重量的0.05％，合金全部熔化后在覆盖剂的保护下静置60min，浇注得到所需巴氏合金。
结合金相测试的图片，本申请所提供的巴氏合金的图2、图4和图6分别与普通巴氏合金图1、图3和图5相对比，在放大相同倍数的条件下，普通锡基巴氏合金的照片中可以看到，表面涂层有氧化物的形成，形成“锡灰”，而采用本申请所提供的锡基巴氏合金的涂层并无氧化物形成。本申请通过添加了适当比例的Ni、Ge、Li和Zr元素，细化了合金晶粒，从而提高了巴氏合金与基体结合强度。
实验例钢基轴瓦结合强度测试
对实施例1所提供的巴氏合金和ZchSnSb8-4巴氏合金与钢基轴瓦的结合强度进行测试，测试十个点取平均值，实验结果如表1所示。
表1钢基轴瓦结合强度
Figure BDA0002316460330000081
Figure BDA0002316460330000091
实验结果表明，本申请所提供的巴氏合金与钢基轴瓦结合强度大于45MPa，优于现有的普通巴氏合金。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。

Claims (11)

1.一种锡基巴氏合金，其特征在于，由按照质量百分比计的以下组分组成：
Sb 6％～12％，Cu 5％～7％，Ni 0.02％～1％，Ge 0.002％～0.16％，Li 0.02％～0.04％，Zr 0.002％～0.16％和余量的Sn；
所述锡基巴氏合金的制备方法，包括以下步骤：
(a)、将Cu、CuZr合金、CuNi合金加热熔炼至全部熔化；
(b)、在步骤(a)中得到的降温后的熔融金属中加入CuGe合金、Sb继续熔炼，熔炼至全部熔化；
(c)、在步骤(b)中得到的降温后的熔融金属中加入Sn以及用金属包裹的Li进行熔炼，待金属全部熔化后，在覆盖剂的保护下静置，静置后浇注，得到所述锡基巴氏合金；
所述金属选自锡或铜。
2.根据权利要求1所述的锡基巴氏合金，其特征在于，由按照质量百分比计的以下组分组成：
Sb 7％～12％，Cu 5％～7％，Ni 0.2％～0.8％，Ge 0.1％～0.15％，Li 0.03％～0.04％，Zr 0.05％～0.13％和余量的Sn。
3.根据权利要求1所述的锡基巴氏合金，其特征在于，在步骤(c)中，所述金属为锡箔。
4.根据权利要求1所述的锡基巴氏合金，其特征在于，在步骤(c)中，所述覆盖剂为木炭。
5.根据权利要求1所述的锡基巴氏合金，其特征在于，在步骤(c)中，所述静置的时间为30～60分钟。
6.根据权利要求1所述的锡基巴氏合金，其特征在于，在步骤(a)中，所述CuZr合金为CuZr10合金。
7.根据权利要求1所述的锡基巴氏合金，其特征在于，在步骤(a)中，所述CuNi合金为CuNi15合金。
8.根据权利要求1所述的锡基巴氏合金，其特征在于，在步骤(b)中，所述熔炼的温度为780～800℃。
9.根据权利要求1所述的锡基巴氏合金，其特征在于，在步骤(b)中，所述CuGe合金选为CuGe40合金。
10.根据权利要求1所述的锡基巴氏合金，其特征在于，在步骤(c)中，所述熔炼的温度为280～300℃。
11.根据权利要求1-10任一项所述的锡基巴氏合金在制备钢基轴瓦表面涂层中的用途。
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