CN115747566A

CN115747566A - 一种性能改进型巴氏合金配方及其制备工艺

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Publication number: CN115747566A
Application number: CN202211451603.4A
Authority: CN
Inventors: 尹宏锐; 李勃; 周健; 夏杰; 刘刚; 尹梓绮
Original assignee: Nanjing Tin Refining Co ltd
Current assignee: Nanjing Tin Refining Co ltd
Priority date: 2022-11-18
Filing date: 2022-11-18
Publication date: 2023-03-07

Abstract

本发明公开了一种性能改进型巴氏合金配方，包括如下组成成分：Sn、Sb、Cu、Pb、Nd、Ag和其他物料，Sb的质量分数为10.0％～12.0％，Cu的质量分数为5.5％～6.5％，Pb的质量分数为0.35％，Nd的质量分数为0.03％～1％，本发明通过在锡基巴氏合金B83中加入Ag和Nd，生成了新的点状硬质相，并且均匀分布在合金的晶界，使得金相中硬质相密度变大，进而提高了其高温硬度，加入Ag和Nd后的抗压强度均有不同程度的增加，在加入Ag和Nd后，B83的β相和ε相的组织均细小且分布均匀，摩擦时热量分布均匀，同时新生成的硬质相填补了部分摩擦产生凹坑，增加了耐磨性能，使改进后的锡基巴氏合金在硬度、抗压强度和耐磨性能上均得到提升，促进高端滑动轴承产品的研发。

Description

一种性能改进型巴氏合金配方及其制备工艺

技术领域

本发明涉及巴氏合金制备工艺技术领域，具体为一种性能改进型巴氏合金配方及其制备工艺。

背景技术

锡基巴氏合金具有较低的膨胀系数和摩擦因数，良好的耐磨性、耐腐蚀性、导热性和韧性被广泛应用于汽轮机、涡轮机、内燃机、核电机组等机械装置的滑动轴承表面，起到减震、耐磨、抗磨损的作用，对于提高机械装置的运行效率至关重要，旋转机械目前正朝着高速、重载及高精密化的方向发展，对于滑动轴承的需求也越来越高；

但是目前的锡基巴氏合金在性能上没有达到旋转机械高精密化发展的需求，在高承载、高耐磨的性能上还有待提高。

发明内容

本发明提供一种性能改进型巴氏合金配方及其制备工艺，可以有效解决上述背景技术中提出目前的锡基巴氏合金在性能上没有达到旋转机械高精密化发展的需求，在高承载、高耐磨的性能上还有待提高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种性能改进型巴氏合金配方，包括如下组成成分：Sn、Sb、Cu、Pb、Nd、Ag；

Sb的质量分数为10.0%～12.0%；

Cu的质量分数为5.5%～6.5%；

Pb的质量分数为0.35%；

Nd的质量分数为0.03%～1%；

Ag的质量分数为0.1%～1%。

根据上述技术方案，包括以下步聚：

S1、物料准备与清洗；

S2、锡基巴氏合金熔化，添加搅拌装置；

S3、合金新组分添加；

S4、高速乳化剪切；

S5、保温处理。

根据上述技术方案，所述S1中，所需物料包括基础锡基巴氏合金B83，Ag粉末和稀土元素Nd粉末；

所述基础锡基巴氏合金B83为块状，其主要成分为Sn、Sb和Cu；Ag、Nd均为200目的颗粒状，将Ag粉末按照0.1%-1%称量，Nd粉末按照300PPM-0.1%称量，用超声波清洗机清洗10min，再真空包装好备用。

根据上述技术方案，所述S2中，将锡基巴氏合金B83置于电阻炉中加热熔化，升温至480℃后，保温20分钟，刮去熔融合金表面的氧化物浮渣，添加搅拌装置，搅拌叶片没入合金液面5-10CM；

搅拌装置控制转速2000转/分钟，搅拌60分钟，对锡基巴氏合金B83进行合金熔融处理。

根据上述技术方案，所述S3中，将称量好的Ag、稀土元素Nd粉末添加入熔融的锡基巴氏合金B83中；

开启搅拌装置，合金与粉末充分熔融。

根据上述技术方案，所述S4中，控制转速在2000转/分钟，60分钟左右，将新的组分完全分散在合金中。

根据上述技术方案，所述S5中，合金充分熔融后，将电阻炉温度控制在300℃，保温1小时，合金的金相组织固化。

根据上述技术方案，所述S5中，在保温处理后，对制备的性能改进型巴氏合金进行性能试验。

根据上述技术方案，所述性能试验包括力学性能试验和摩擦学性能试验；

力学性能试验测试合金的布氏硬度和抗压强度；

摩擦学性能试验测试摩擦系数和磨损量。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

通过在锡基巴氏合金B83中加入Ag和Nd，生成了新的点状硬质相，并且均匀分布在合金的晶界，使得金相中硬质相密度变大，进而提高了其高温硬度，加入Ag和Nd后的抗压强度均有不同程度的增加，在加入Ag和Nd后，B83的β相和ε相的组织均细小且分布均匀，摩擦时热量分布均匀，同时新生成的硬质相填补了部分摩擦产生凹坑，增加了耐磨性能，使改进后的锡基巴氏合金在硬度、抗压强度和耐磨性能上均得到提升，促进高端滑动轴承产品的研发；

在制备工艺上，采用混合粉末热压工艺，在锡基巴氏合金液相的情况下，加入物料进行搅拌，使添加的物料与原锡基巴氏合金分布均匀，制备含有不同组分比例的新型巴氏合金复合材料，避免了高温状态下偏析现象的发生。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的工艺路线及相关装置图；

图3是本发明布氏硬度测量装置的结构示意图；

图4是本发明B83改进前后硬度随温度变化的曲线示意图；

图5是本发明摩擦磨损试验后样品的金相图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：如图1所示，本发明提供一种技术方案，一种性能改进型巴氏合金配方，包括如下组成成分：Sn、Sb、Cu、Pb、Nd、Ag；

Sb的质量分数为11%；

Cu的质量分数为6%；

Pb的质量分数为0.35%；

Nd的质量分数为0.5%；

Ag的质量分数为0.5%；

Sn的质量分数为81.65%。

如图2所示，根据上述技术方案，包括以下步聚：

S1、物料准备与清洗；

S2、锡基巴氏合金熔化，添加搅拌装置；

S3、合金新组分添加；

S4、高速乳化剪切；

S5、保温处理。

根据上述技术方案，S1中，所需物料包括基础锡基巴氏合金B83，Ag粉末和稀土元素Nd粉末；

基础锡基巴氏合金B83为块状，其主要成分为Sn、Sb和Cu；Ag、Nd均为200目的颗粒状，将Ag粉末按照0.5%称量，Nd粉末按照0.1%称量，用超声波清洗机清洗10min，再真空包装好备用。

根据上述技术方案，S2中，将锡基巴氏合金B83置于电阻炉中加热熔化，升温至480℃后，保温20分钟，刮去熔融合金表面的氧化物浮渣，添加搅拌装置，搅拌叶片没入合金液面8CM；

根据上述技术方案，S3中，将称量好的Ag、稀土元素Nd粉末添加入熔融的锡基巴氏合金B83中；

开启搅拌装置，合金与粉末充分熔融。

根据上述技术方案，S4中，控制转速在2000转/分钟，60分钟左右，将新的组分完全分散在合金中。

根据上述技术方案，S5中，合金充分熔融后，将电阻炉温度控制在300℃，保温1小时，合金的金相组织固化。

根据上述技术方案，S5中，在保温处理后，对制备的性能改进型巴氏合金进行性能试验。

根据上述技术方案，性能试验包括力学性能试验和摩擦学性能试验；

力学性能试验测试合金的布氏硬度和抗压强度；

摩擦学性能试验测试摩擦系数和磨损量。

如图3所示，布氏硬度计为HB－3000，测试标准为《GB231.1－2002金属布氏硬度试验》，试验中钢球直径为5mm，负载P为250kgf，负载保持时间30s，测量温度范围为30～120℃，每隔10℃进行3次硬度采样，取平均值作为此温度下的布氏硬度，对改进前后的巴氏合金B83的金相组织中结晶分布质量进行定量评定，并制得如下定量评定表：

如图4所示，由改进前后的巴氏合金硬度测试情况来看，B83在加入Ag和Nd后的布氏硬度值在30～120℃范围内均得到了提高，这是由于Ag和Nd的加入均影响了β相的尺寸及分布，β相尺寸缩小了41.6%，加入1%Ag后β相尺寸缩小了45.8%，且加入1%Ag后的硬度值略高于加稀土元素Nd后的值，在105℃(轴承报警温度)时，加1%Ag后的布氏硬度值平均提高了8.6%，这是由于Ag和Nd的加入生成了新的点状硬质相((Cu，Nd+AG)Sn2)，并且均匀分布在合金的晶界，使得金相中硬质相密度变大，由原来的42.1%变为46.5%，B83组织更加均匀，进而提高了其高温硬度。

抗压强度也是评价巴氏合金使用性能的一项重要的指标，本文中抗压强度在Instron5500R电子拉伸压缩试验机上测定，测试依据标准《GB/T7314－2005金属材料室温压缩试验方法》，在测试中试验上下卡具之间的距离为26mm，试验加载速度为1mm/min。

由抗压强度的测试结果可以看出，加入Ag(0.1%、1%)后B83的抗压强度略有增加，分别增加了1.4%和1.9%，加Nd(1%)后B83的抗压强度增加，比原有B83增加了8.1%，其原因是Nd的加入未与其他材料生成新相，使B83的强度增强，B83改进前后抗压强度值如下表所示:

在摩擦学性能试验中，测试设备是UMT－2型多功能摩擦磨损试验机，测试的参数包括摩擦系数f和磨损量Δm，试验采用销－盘对磨形式，试验在干摩擦下进行，销的材料为待测的巴氏合金，尺寸为Φ6mm×15mm，盘材料为45#钢，尺寸为Φ30mm×5mm．销和盘表面的粗糙度均为Ra0.8，摩擦系数测试时间为10min，磨损量的测试时间为30min，磨损量通过试验前后销的质量损失获得，测量设备为精度0.1mg的电子天平，试验参数选择参考了高速机床及微型燃气轮机的使用工况，试验的pv值（其中，p为单位面积载荷，v为线速度）为20MPa·m·s－1，试验时，设定的摩擦磨损试验参数如下表所示：

如图5所示，由摩擦磨损试验后样品的金相图片中可以看到，磨损表面存在大量凹坑，这是由于巴氏合金磨损表面发生熔融磨损，摩擦过程中产生的大量热难以通过传导和辐射消失，摩擦热聚积使得表面温度升高，当温度接近α固溶体熔点时，在摩擦力的作用下使得表面能流动，于是硬质点一部分脱离摩擦面，一部分破碎成小颗粒留在***表面．其中图5中（a）中凹坑数量最多，这是由于原B83中硬质点组织粗大且分布不均匀，造成热量集中，导致磨损严重，图5中（b）、（c）、（d）中凹坑较少，是由于加入Ag和Nd后，B83的β相和ε相的组织均细小且分布均匀，因此，热量分布均匀，同时新生成的硬质相（（Cu，Nd+AG）Sn2）填补了部分凹坑，故图5中（d）中凹坑最少，改进前后的平均摩擦系数和磨损量如下表所示：

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种性能改进型巴氏合金配方，其特征在于：包括如下组成成分：Sn、Sb、Cu、Pb、Nd、Ag；

Sb的质量分数为10.0％～12.0％；

Cu的质量分数为5.5％～6.5％；

Pb的质量分数为0.35％；

Nd的质量分数为0.03％～1％；

Ag的质量分数为0.1％～1％。

2.根据权利要求1所述的一种性能改进型巴氏合金制备工艺，其特征在于，包括以下步聚：

S1、物料准备与清洗；

S2、锡基巴氏合金熔化，添加搅拌装置；

S3、合金新组分添加；

S4、高速乳化剪切；

S5、保温处理。

3.根据权利要求2所述的一种性能改进型巴氏合金制备工艺，其特征在于，所述S1中，所需物料包括基础锡基巴氏合金B83，Ag粉末和稀土元素Nd粉末；

所述基础锡基巴氏合金B83为块状，其主要成分为Sn、Sb和Cu；Ag、Nd均为200目的颗粒状，将Ag粉末按照0.1％-1％称量，Nd粉末按照300PPM-0.1％称量，用超声波清洗机清洗10min，再真空包装好备用。

4.根据权利要求1所述的一种性能改进型巴氏合金制备工艺，其特征在于，所述S2中，将锡基巴氏合金B83置于电阻炉中加热熔化，升温至480℃后，保温20分钟，刮去熔融合金表面的氧化物浮渣，添加搅拌装置，搅拌叶片没入合金液面5-10CM；

5.根据权利要求1所述的一种性能改进型巴氏合金制备工艺，其特征在于，所述S3中，将称量好的Ag、稀土元素Nd粉末添加入熔融的锡基巴氏合金B83中；

开启搅拌装置，合金与粉末充分熔融。

6.根据权利要求1所述的一种性能改进型巴氏合金制备工艺，其特征在于，所述S4中，控制转速在2000转/分钟，60分钟左右，将新的组分完全分散在合金中。

7.根据权利要求1所述的一种性能改进型巴氏合金制备工艺，其特征在于，所述S5中，合金充分熔融后，将电阻炉温度控制在300℃，保温1小时，合金的金相组织固化。

8.根据权利要求1所述的一种性能改进型巴氏合金制备工艺，其特征在于，所述S5中，在保温处理后，对制备的性能改进型巴氏合金进行性能试验。

9.根据权利要求8所述的一种性能改进型巴氏合金制备工艺，其特征在于，所述性能试验包括力学性能试验和摩擦学性能试验；

力学性能试验测试合金的布氏硬度和抗压强度；

摩擦学性能试验测试摩擦系数和磨损量。