高强自润滑铁铜粉末复合材料及其制备方法技术

一种高强自润滑铁铜粉末复合材料、其制备方法及应用，其特征是所述复合材料由铁合金基体和作为表层的铜合金层组成；铁合金基体的材料成份Ｃｕ、Ｃ、Ｓｎ、Ｐｂ、及Ｆｅ；铜合金层的材料的成份是Ｎｉ、Ｃ、ＭｏＳ２、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｐｂ及Ｃｕ；分别制备铜合金层温压粉末和铁合金基体温压粉末；将温压粉末装入模具后一次压制成形为压坯；压坯在保护气氛中烧结；烧结后的烧坯在模具中整形完成制备。本发明专利技术在保证零件使用性能的同时，极大地降低了零件成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属基自润滑复合材料，具体是一种高强自润滑铁铜粉末复合材料及 其制备方法。
技术介绍
高强自润滑铜合金粉末冶金零件在汽车、工程机械、家用电器等行业具有广泛的 用途。随着现代工业的飞速发展，高速度、大载荷等服役条件对自润滑铜合金粉末冶金零件 提出了更高的性能要求。由于现行通用的粉末冶金铜合金结构件强度、硬度较低，制约了其 应用范围。如我国现行的“烧结锡青铜结构材料JB/T9139-1999”，由于其材料相对密度较 低，所以其抗拉强度、硬度均较低，同时还含有对人体有害元素铅。此外，由于近年来无铅环 保法规的实施，使得在汽车零部件等行业广泛使用的含铅自润滑粉末冶金铜合金结构零件 面临更新换代；铜是有色金属，价格较高，如以铁代铜，则能极大地降低成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种高强自润滑铁铜粉末复合材料及其制备 方法，在保证零件使用性能的同时，降低零件成本。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是本专利技术高强自润滑铁铜粉末复合材料的特点是由铁合金基体和作为表层的铜合 金层组成；所述铁合金基体2的材料按重量百分比的成份是Cu :5_20、C 0. 5-1、Sn :l_3、Pb 彡 0. 1、其它彡 1，Fe 余量；所述铜合金层(1)的材料按重量百分比的成份是Ni :5-15、C 0. 5-3、MoS2 0. 5-3,Sn :4_8、Fe :l_3、Pb 彡 0. 1、其它彡 l、Cu 余量。本专利技术所述的高强自润滑铁铜粉末复合材料的特点也在于在所述铜合金层1与 铁合金基体2结合处存在有所述铜合金层1和铁合金基体2的粉末经烧结结合形成的过渡层。本专利技术所述的铜合金层1的厚度为0. 2-2毫米。本专利技术所述的高强自润滑铁铜粉末复合材料的制备方法，其特征是按如下步骤进 行操作(1)、分别制备铜合金层温压粉末和铁合金基体温压粉末a、按铜合金层1的材料配比，将镍粉、锡粉、铁粉和铜粉分别在真空或保护气氛中 于160°C -200°C保温2-4小时去应力回火，再加入粘结剂PVP共同经混料机混料5_10分钟 得混合料A ；向所述混合料A中加入石墨粉、二硫化钼粉和润滑剂PEG，再经5-10分钟混料 得混合均勻的混合粉末A ；b、按铁基体层2的材料配比，将铜粉、铁粉、锡粉和粘结剂PVP共同经混料机混料 5-10分钟得铁混合料B，向所述混合料B中加入石墨粉和润滑剂PEG，再经5-10分钟混料得3均勻的混合粉末B;c、将所述混合粉末A和所述混合粉末B分别在50°C温度下干燥，然后过80目筛， 筛下物即分别为铜合金层温压粉末和铁合金基体温压粉末；(2)、在具有温压装置的压机上温压成形向模具中首先装入所述铁合金基体温压 粉末，然后装入铜合金层温压粉末，一次压制成形为压坯，压制压力为600-700MPa，铁合金 基体温压粉末和铜合金层温压粉末的粉末温度为90°C 130°C，模具温度为90°C 150°C;(3)、烧结将所述压坯在氨分解保护气氛中，960°C 1080°C烧结10-30分钟；(4)、整形经步骤(3)烧结后的烧坯在模具中整形完成制备，整形压力为 600-700Mpa ；以本专利技术高强自润滑铁铜粉末复合材料为材质可以制成液压泵侧板、配油盘，滑 块或齿条，以替代已有的铜合金结构零件。 关于铜合金层合金化设计本专利技术在铜合金层1材料中添加锡、镍元素起固溶强化作用，提高铜合金强度和 硬度，镍元素的加入提高铜合金烧结温度；加入石墨和二硫化钼替代铅作为润滑组元，使铜 合金层1具有良好的自润滑性能。由于石墨与铜基体不相容，界面结合强度低，加入铁元 素，既起强化作用，亦是为铜合金层1与铁合金基体2烧结时起扩散引导作用，因为在烧结 过程中，铁与铜和石墨能通过扩散、固溶、反应来提高界面结合强度，从而提高复合材料的 力学性能。关于铁合金基体设计本专利技术的关键是让两种熔点不同的材料在同一温度下烧结，且性能指标达到预期 效果。铁和铜熔点不同，故两者的烧结温度相差较大。为了让铜合金层1和铁合金基体2 在同一温度下烧结良好，两种材料界面结合良好，在铁合金基体2加入较多量的铜，作为粘 结相；加入锡的目的是使烧结过程出现液相，从而降低烧结温度；加入少量石墨，生成铁碳 化合物，提高铁基体强度和硬度。关于粘结剂PVP、润滑剂PEG 本专利技术在铜合金层粉末及铁合金基体粉末中，加入粘结剂PVP目的是使得各种粉 末成分均勻无偏析，加入润滑剂PEG目的是改善粉末的压制性能，即在最佳成型温度时， 粉末颗粒表面有一层低剪切减摩润滑层存在，有利于粉末间的流动、重排和塑性变形，使 得压制零件密度较高且均勻性好。粘结剂PVP用量为(0.15-0. 25)%，润滑剂PEG用量为 (0. 3-0. 6) %，两者在烧结过程中被烧除。本专利技术的有益效果体现在1、本专利技术由铁合金基体和表层为铜合金层组成，铜合金层保证了零件的使用性 能，铁合金基体中以铁代铜，铁含量可达50%以上，极大地降低零件成本。2、本专利技术制备方法中，采用温压成形、高温烧结，使材料整体相对密度得到提高， 从而提高了材料的强度和硬度。3、本专利技术采用石墨和二硫化钼替代铅，使铜合金层1具有良好的自润滑性能，该 无铅化设计，避免了含铅给人类环境带来的危害，对环保有着积极的意义。附图说明图1为本专利技术制造的齿轮油泵侧板零件剖视图。图2为本专利技术制造的齿轮油泵侧板零件俯视图。图中标号1铜合金层，2铁合金基体。以下通过具体实施方式，结合附图对本专利技术作进一步说明。具体实施例方式实施例1 参见图1和图2，图1为齿轮油泵侧板零件剖视图，图2为齿轮油泵侧板零件俯视图。该齿轮油泵侧板由本专利技术的制造而 成。本实施例中高强自润滑铁铜粉末复合材料是由铁合金基体2和作为表层的铜合 金层1组成；其中，铁合金基体2的材料按重量百分比的成份见表1 ；铜合金层1的材料按 重量百分比的成份见表2 ；铜合金层1的厚度设置为1. 0毫米。本实施例中高强自润滑铁铜粉末复合材料按如下步骤进行制备1、分别制备铜合金层1温压粉末和铁合金基体2温压粉末a、按铜合金层1的材料成份配比，将镍粉、锡粉、铁粉和铜粉分别在真空或保护气 氛中于200°C保温2小时去应力回火，再加入粘结剂PVP共同经混料机混料5-10分钟得混 合料A ；向混合料A中加入石墨粉、二硫化钼粉和润滑剂PEG，再经5-10分钟混料得混合均 勻的混合粉末A ；b、按铁基体层2的材料成份配比，将铜粉、铁粉、锡粉和粘结剂PVP共同经混料机 混料5-10分钟得铁混合料B，向混合料B中加入石墨粉和润滑剂PEG，再经5-10分钟混料 得均勻的混合粉末B;c、将混合粉末A和混合粉末B分别在50°C温度下干燥，然后过80目筛，筛下物即 分别为铜合金层温压粉末和铁合金基体温压粉末；2、在具有温压装置的压机上温压成形向模具中首先装入铁合金基体温压粉末， 然后装入铜合金层温压粉末，一次压制成形为压坯，压制压力为700MPa，铁合金基体温压粉 末和铜合金层温压粉末的粉末温度为130°C，模具温度为90°C ；3、烧结将压坯在氨分解保护气氛中，1080°C烧结10分钟；烧结后，在铜合金层1 与铁合金基体2结合处存在有铜合金层1和铁合金基体2的粉末经烧结结合形成的过渡层。4、整形经步骤(3)烧结后的烧坯在模具中整形完成制备，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强自润滑铁铜粉末复合材料，其特征在于：由铁合金基体（２）和作为表层的铜合金层（１）组成；所述铁合金基体（２）的材料按重量百分比的成份是：Ｃｕ：５－２０、Ｃ：０．５－１、Ｓｎ：１－３、Ｐｂ：≤０．１、其它：≤１，Ｆｅ余量；所述铜合金层（１）的材料按重量百分比的成份是：Ｎｉ：５－１５、Ｃ：０．５－３、ＭｏＳ↓［２］：０．５－３、Ｓｎ：４－８、Ｆｅ：１－３、Ｐｂ：≤０．１、其它：≤１、Ｃｕ余量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟，田清源，解挺，
申请(专利权)人：合肥波林新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]