一种带增韧中间层的铜基轴瓦及其制备方法技术

一种带增韧中间层的铜基轴瓦及其制备方法，轴瓦包括铜壳体、增韧中间层和锡基轴承合金层，轴瓦的制备方法包括：制备铜壳体及锡基轴承合金；对铜壳体表面进行脱脂处理、机械喷砂拉毛处理、碱液清洗去除表面油渍及氧化膜，用无水乙醇清洗干净，再用酸活化铜壳体表面；在处理过的铜壳体的内表面形成厚度为30~100μm的增韧中间层，增韧中间层的组成为纯镍；在增韧中间层上浇铸锡基轴承合金层，并在锡基轴承合金层的内壁上设置均匀的凹槽，凹槽的深度为锡基轴承合金厚度的1/5~1/3；最后对轴瓦进行深冷处理。本发明专利技术通过通过设置增韧中间层，避免在锡基轴承合金和铜壳体结合面处发生反应生成Cu6Sn5脆性相，提高锡基轴承合金与铜壳体之间的结合强度。

A kind of copper base bearing bearing with toughened middle layer and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种带增韧中间层的铜基轴瓦及其制备方法
本专利技术涉及轴瓦
，具体的涉及一种带增韧中间层的铜基轴瓦及其制备方法。
技术介绍
轴瓦是内燃机中的重要零部件之一，其性能与结构不仅影响内燃机的性能、工作可靠性和寿命，而且影响内燃机本身的结构设计，随着交通运输业的飞速发展，发动机日益向高速、大功率、低能耗、轻量化、高增压强化和环保化方向发展，对作为内燃机重要配件之一的轴瓦提出了更高的要求，如：疲劳强度高、耐磨性好、抗咬合性好、抗腐蚀性好、镶嵌性好、顺应性好且具有环保性等。目前，轴瓦材料主要有两种，一种是铝基合金材料，另一种是铜基合金材料，其中铝基合金材料具有中等疲劳强度和承载能力，良好的耐腐蚀性，较好的轴承表面性能，铜基合金材料具有很高的疲劳强度和承载能力，较好的轴承表面性能等特点。早期的轴瓦材料的轴承合金以巴士合金为主，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，其中锡基轴承合金更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，是大中型电动机、汽轮机、水轮机、发电机、工业泵、鼓风机、压缩机、轧钢机、齿轮箱、磨煤机等机械设备的关键部件；锡基和铅基轴承合金质地软、强度低，不适合制造整体轴承，而是将它们浇注在青铜、钢壳或铸铁等轴瓦上，作为双金属轴瓦材料。巴氏合金浇注工艺过程分为瓦胎的清洗、瓦态的保护、搪锡、合金熔炼、浇注5个工艺。针对钢基轴瓦，现有技术中一般是通过将钢壳浸入纯锡熔液中（锡和铁在300℃左右时容易生成铁锡化合物），利用锡对碳素钢和轴承合金都有较好的润湿性，特别是锡和轴承合金可以共溶，以纯锡为过渡层将轴承合金浇注在碳素钢表面。而对铜基轴瓦，因为锡基轴承合金和铜结合面发生反应易生成Cu6Sn5脆性相，因此锡基轴承合金与铜的结合强度较差（不高于30Mpa），很难直接浇注在铜壳上面，通过增加锡过渡层仍不能牢固地结合在铜壳上面。
技术实现思路
专利技术的目的是为了解决上述技术问题的不足，提供一种带增韧中间层的铜基轴瓦及其制备方法，通过设置增韧中间层，避免在锡基轴承合金和铜壳体结合面处发生反应生成Cu6Sn5脆性相，提高锡基轴承合金与铜壳体之间的结合强度。本专利技术为解决上述技术问题的不足而采用的技术方案是：一种带增韧中间层的铜基轴瓦，包括由铜壳体、纯镍层和锡基轴承合金层形成的多层结构，所述铜壳体位于所述铜基轴瓦的外层，所述纯镍层设置在所述铜壳体的内壁上，并形成所述铜基轴瓦的增韧中间层，所述锡基轴承合金层设置在所述纯镍层上，并形成所述铜基轴瓦的内层，所述的锡基轴承合金层的内壁上设有均匀的凹槽。优选的，所述的凹槽为梯形槽或者方形槽的一种。一种带增韧中间层的铜基轴瓦的制备方法，包括以下步骤：（1）制备轴瓦的铜壳体及锡基轴承合金；（2）对铜壳体表面进行脱脂处理、机械喷砂拉毛处理、碱液清洗去除表面油渍及氧化膜，然后用无水乙醇清洗干净，再用酸活化铜壳体表面；（3）在处理过的铜壳体的内表面形成厚度为30μm~100μm的增韧中间层，所述的增韧中间层的组成为纯镍；（4）在增韧中间层上浇铸锡基轴承合金层，并在锡基轴承合金层的内壁上设置均匀的凹槽，所述凹槽的深度为所述锡基轴承合金层厚度的1/5~1/3；（5）将步骤（4）的轴瓦进行深冷处理，即可制得带增韧中间层的铜基轴瓦。优选的，所述步骤（3）中增韧中间层的制备工艺为电镀法，将步骤（2）处理后的铜壳体的外表面用绝缘薄膜和胶带缠绕封闭，悬挂在工装架上，并放入镀镍槽中，不接触电镀槽的底部，添加电镀液，液面低于槽壁高5cm~10cm，且高于铜壳体5cm~10cm，将镍棒放置在铜壳体的中心位置进行电镀，电镀时间为30~40min，在铜壳体内表面形成厚度为30μm~100μm的纯镍增韧中间层。优选的，所述步骤（3）中增韧中间层的制备工艺为超音速喷涂法，将步骤（2）处理后的铜壳体放在高温炉中，在120℃~130℃条件下预热30min~35min，取出铜壳体进行超音速喷涂，在铜壳体内表面形成厚度为30μm~100μm的纯镍增韧中间层。优选的，所述步骤（3）中增韧中间层的制备工艺为等离子熔敷法，将步骤（2）处理后的铜壳体放在高温炉中，在500℃~550℃条件下预热30min~35min，然后取出作为熔池，同时将镍粉末材料送入等离子弧中，粉末在弧柱中预热，呈熔化或半熔化状态，被焰流喷射至作为熔池的铜壳体上，充分熔化后排出气体和熔渣，喷枪移开后合金熔池逐渐凝固，在铜壳体上形成厚度为30μm~100μm的熔敷层，即为纯镍增韧中间层。优选的，所述步骤（3）中增韧中间层的制备工艺为氩弧重熔法，将步骤（2）处理后的铜壳体放在高温炉中，在500℃~550℃条件下预热30min~35min，再使用氩弧焊机将镍条熔化平铺在预热后的铜壳体的内表面上，形成厚度为30μm~100μm的均匀熔化层，即为纯镍增韧中间层。优选的，所述步骤（3）中增韧中间层的制备工艺为炉中钎焊法，先用丙酮清洗钎料，再将镍金属粉冷压成片状，组装在步骤（2）处理后的铜壳体的内表面，然后将组装后的铜壳体组装件放入真空钎焊炉中，在0.1Pa~0.12Pa的真空度下加热到1050℃~1080℃，保温20min~25min后随炉冷却，使镍金属粉在铜壳体内表面上形成厚度为30μm~100μm的纯镍增韧中间层。优选的，所述步骤（5）中深冷处理过程为：将步骤（4）的轴瓦置于-170℃～-180℃的液氮中处理2h~3h，取出后升温至室温。本专利技术的有益效果是：本专利技术所述的一种带增韧中间层的铜基轴瓦，在进行锡基轴承合金的浇注前，在铜壳体上增设纯镍增韧中间层，避免锡基轴承合金与铜壳体的结合界面处生成Cu6Sn5脆性相，从而提高轴承合金结合界面的强度及韧性，本专利技术所述的一种带增韧中间层的铜基轴瓦，其锡基轴承合金与铜壳体的平均结合强度超过67MPa；本专利技术所述的一种带增韧中间层的铜基轴瓦，在锡基轴承合金层的内壁上设有均匀的凹槽，由于凹槽的存在，有效地增大轴瓦承载面积，既提高了轴瓦内表面的弹张力，又有效地分解在轴瓦使用过程中气缸的爆破力；同时凹槽的存在轴瓦减缓了润滑油沿轴瓦轴向流动速度，有利于保持油膜压力，从而增强了轴瓦的承载力；本专利技术所述的一种带增韧中间层的铜基轴瓦的制备方法，对轴瓦进行深冷处理，置于-170℃～-180℃的液氮中处理2h~3h，取出后升温至室温，该处理可以改变轴瓦材料的晶粒取向，使材料表面组织发生相变，细化晶粒，消除材料内部应力，改善轴瓦材料表面的组织结构，从而提高材料的硬度、强度、耐磨性和抗蚀性。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是带增韧中间层的铜基轴瓦的结构示意图；图2内壁设梯形槽的锡基轴承合金层的局部结构示意图；图3是内壁设方形槽的锡基轴承合金层的局部结构示意图；附图标记：1、铜壳体，2、纯镍层，3、锡基轴承合金层，4、凹槽，401、梯形槽，402、方形槽。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的阐述。其具体的实施方式为：一种带增韧中间层的铜基轴瓦，包括由铜壳体1、纯镍层2和锡基轴承合金层3形成的多层结构，所述铜壳体1位于所述铜基轴瓦的外层，所述纯镍层2设置在所述铜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带增韧中间层的铜基轴瓦，其特征在于，包括由铜壳体、纯镍层和锡基轴承合金层形成的多层结构，所述铜壳体位于所述铜基轴瓦的外层，所述纯镍层设置在所述铜壳体的内壁上，并形成所述铜基轴瓦的增韧中间层，所述锡基轴承合金层设置在所述纯镍层上，并形成所述铜基轴瓦的内层，所述的锡基轴承合金层的内壁上设有均匀的凹槽。

【技术特征摘要】
1.一种带增韧中间层的铜基轴瓦，其特征在于，包括由铜壳体、纯镍层和锡基轴承合金层形成的多层结构，所述铜壳体位于所述铜基轴瓦的外层，所述纯镍层设置在所述铜壳体的内壁上，并形成所述铜基轴瓦的增韧中间层，所述锡基轴承合金层设置在所述纯镍层上，并形成所述铜基轴瓦的内层，所述的锡基轴承合金层的内壁上设有均匀的凹槽。2.根据权利要求1所述的一种带增韧中间层的铜基轴瓦，其特征在于，所述的凹槽为梯形槽或者方形槽的一种。3.根据权利要求1所述的一种带增韧中间层的铜基轴瓦的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制备轴瓦的铜壳体及锡基轴承合金；（2）对铜壳体表面进行脱脂处理、机械喷砂拉毛处理、碱液清洗去除表面油渍及氧化膜，然后用无水乙醇清洗干净，再用酸活化铜壳体表面；（3）在处理过的铜壳体的内表面形成厚度为30μm~100μm的增韧中间层，所述的增韧中间层的组成为纯镍；（4）在增韧中间层上浇铸锡基轴承合金层，并在锡基轴承合金层的内壁上设置均匀的凹槽，所述凹槽的深度为所述锡基轴承合金层厚度的1/5~1/3；（5）将步骤（4）的轴瓦进行深冷处理，即可制得带增韧中间层的铜基轴瓦。4.根据权利要求3所述的一种带增韧中间层的铜基轴瓦的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中增韧中间层的制备工艺为电镀法，将步骤（2）处理后的铜壳体的外表面用绝缘薄膜和胶带缠绕封闭，悬挂在工装架上，并放入镀镍槽中，不接触电镀槽的底部，添加电镀液，液面低于槽壁高5cm~10cm，且高于铜壳体5cm~10cm，将镍棒放置在铜壳体的中心位置进行电镀，电镀时间为30~40min，在铜壳体内表面形成厚度为30μm~100μm的纯镍增韧中间层。5.根据权利要求3所述的一种带增韧中间层的铜基轴瓦的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中增韧中间层的制备工艺为超音速喷涂法，将步骤（2）处理后的铜壳体放在高温炉...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴夤崟，郭艳红，钟素娟，龙伟民，张冠星，马佳，沈元勋，董博文，黄俊兰，薛行雁，潘建军，于新泉，丁天然，
申请(专利权)人：郑州机械研究所，
类型：发明
国别省市：河南,41