专利名称：镍青铜-钢复合双金属轴承材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种镍青铜一钢复合双金属轴承材料及其制造方法，特别是涉及一种镍青 铜合金烧结在低碳优质碳素钢材料表面的镍青铜一钢复合双金属轴承材料及其制造方法。
背景技术：
随着汽车科技的进步，对汽车轴承材料特别是对用于大功率、高载荷的发动机使用的 铜合金轴承材料，提出了更高的要求，例如，要求轴承材料不含有害成分，符合环保要求； 要具有高强度，能满足大功率和特大功率发动机的要求，还要求轴承材料能适应不同的环 境和工况下工作，具有抗应力腐蚀和化学腐蚀的能力。到目前为止，大功率发动机普遍使 用的轴承材料是铅青铜合金轴承材料，这类轴承材料含有5%-40%的铅，对环境会造成污 染。而且铅不固容于铜，也不与铜发生合金化，仅作为减磨相独立存在，破坏了铜合金基 体的连续性，削减了铜合金的机械承载能力。另外在发动机工作的过程中，轴承材料中的 铅会被所产生的有机酸侵蚀，即轴承除被机械磨损外，还会遭受化学腐蚀，影响轴承的使 用寿命。而镍青铜轴承材料则可以全面的满足当代发动机技术对轴承的新要求。镍青铜合 金具有更高强度和硬度，具有更高的机械承载能力，与传统的铅青铜轴承材料相比，其PV 值极限是 一 般传统轴承材料的2倍。其屈服强度却是铅青铜的6倍。具 有强抗应力腐蚀和抗化学腐蚀性，可以在各种环境中得到应用。例如，用于制造飞机起落 架套管、赛车发动机中的阀座、气门套管，特高载荷，特高转速发动机中的连杆衬套和轴 瓦，具有较低的摩擦系数，可减少发生摩擦咬合而造成的事故。另外，与传统的铅青铜轴 承材料相比，它不含重金属铅，符合环保的要求。它的缺点是镍的价格很贵。本发明的目 的是发明一种以钢为基材，以镍青铜合金为轴承合金层/衬层的钢-镍青铜复合材料，用于 制造轴瓦、轴套和垫片，从而达到既保持镍青铜合金的优异的轴承性能，又大大降低成本 的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种镍青铜一钢复合双金属轴承材料及其制造方法，特别是提供 一种镍青铜合金烧结在低碳优质碳素钢材料表面的镍青铜一钢复合双金属轴承材料及其 制造方法。本发明解决了大功率、高载荷的发动机使用的铜铅合金轴承材料强度不高、机械承载能力差的问题，弥补了现有技术铜铅合金轴承材料抗应力腐蚀和抗化学腐蚀性能力 低、而且重金属铅具有污染环境的不足，填补了高综合机械性能环保型铜合金双金属轴承 材料生产的空白。
本发明的一种镍青铜一钢复合双金属轴承材料是层状结构，基层为低碳优质碳素钢材 料，表层为镍青铜合金，镍青铜合金烧结在低碳优质碳素钢材料表面。 作为优选的技术方案
如上所述的复合双金属轴承材料，其中，所述的层状结构是上下两层或里外两层。对 于板状结构，只需要在钢板的使用面复合镍青铜材料，镍青铜材料和钢板就形成上下层关 系；轴结构、孔结构或其它形式则是在轴的四周表面、孔的内表面或各受力面烧结上镍青 铜材料，形成里面(或芯层)是钢、外面受力面是镍青铜的镍青铜一钢复合双金属轴承材料。.
如上所述的复合双金属轴承材料，其中，所述的低碳优质碳素钢材料基层是平板。事 实上，目前镍青铜一钢复合双金属轴承材料主要拟用于轴瓦、轴套、垫片或垫圈等，因而 主要是先得到平板状镍青铜一钢复合双金属轴承材料，再进一步成型。
如上所述的复合双金属轴承材料，其中，所述的镍青铜合金的化学成分按重量百分比 计为镍1 16%，锡5 9%，锌0 2%，铜72.5 94%，其它杂质含量总和不超过0.5%。
如上所述的复合双金属轴承材料，其中，所述的低碳优质碳素钢的碳含量小于等于 0.25%。
本发明还提供了一种镍青铜一钢复合双金属轴承材料的制造方法，也就是一种采用粉 末冶金烧结法原理把镍青铜合金烧结在低碳优质碳素钢材料表面形成镍青铜一钢复合双
金属轴承材料的制造方法，包括以下步骤
(1) 用铺粉装置或自动铺粉机，在经过预处理的低碳优质碳素钢钢板上，均匀地铺 满一层一定厚度镍青铜合金粉，所铺镍青铜合金粉的厚度根据所需材料合金层厚度的要求 而定；
(2) 在还原性保护气氛下，在烧结炉中进行初次烧结，简称初烧，烧结温度760 870 °C，烧结时间15 100分钟；
(3) 初轧校平，把初次烧结后的材料在冷轧机上进行冷轧，轧制至按工艺要求设计 的预先设定的厚度，轧制精度控制在土0.01mm;
(4) 在还原性保护气氛下，在烧结炉中再次进行烧结，简称复烧，烧结温度为850 960°C，时间为15 100分钟；(5)精轧校平，经过再次烧结后的材料再次在冷轧机上进行精轧，轧制至按工艺要 求设计的预先设定的厚度，轧制精度控制在士0.01mm。
如上所述的一种镍青铜一钢复合双金属轴承材料的制造方法，其中，所述的低碳优质 碳素钢钢板的预处理包括钢板表面除油、除锈后，再镀铜或打毛。
如上所述的一种镍青铜一钢复合双金属轴承材料的制造方法，其中，所述的还原性保 护气氛是氢气、氨分解气或氢气和氮气混合气保护气氛，氢气和氮气的混合比例为氢气 氮气为5% 95%: 95% 5%。
如上所述的一种镍青铜一钢复合双金属轴承材料的制造方法，其中，所述的烧结炉是 网带式连续烧结炉或自动连续烧结炉。
如上所述的一种镍青铜一钢复合双金属轴承材料的制造方法，其中，所述的镍青铜合 金粉的颗粒直径不大于0.25mm。
本发明的有益效果是
本发明的一种镍青铜一钢复合双金属轴承材料，具有很高强度和硬度，可以承受很高 的载荷，具有强抗应力腐蚀和抗化学腐蚀性，可以在各种环境中得到应用，具有较低的摩 擦系数，可减少发生摩损咬合造成事故；与传统的铅青铜轴承材料相比，它不含重金属铅， 符合环保的要求；既保持了镍青铜合金的优异的轴承性能，又大大降低了成本。本发明的 一种镍青铜一钢复合双金属轴承材料的制造方法设备投入少，工艺先进，生产成本较低； 采用本发明方法制造的镍青铜一钢复合双金属轴承材料，具有更高的强度、更好的润滑性 和在严苛负重环境下的耐磨性，尤其在海水、含氯化物和硫化物中表现出极佳的耐腐蚀开 裂性能和抗应力腐蚀开裂性能。
具体实施例方式
下面结合具体实施方式
，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术 人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限 定的范围。 实施例1
1. 生产材料规格为总厚度2. 5X合金宽度120 mm，合金厚度为0. 5mm的镍青铜-钢复 合双金属轴承材料板材。2. 钢板准备选用SPCC牌号的优质碳素钢钢板，将大张的钢板剪切成设计的2. 5 X 126 X625腿，进行除油除锈，改轧至2. 0±0. 01X126X780咖，并校平，平面度《0. 5mm。
3. 合金粉末准备，采用高压水雾化的方法制取镍青铜合金粉末，粉末的化学成分按重 量百分比计，镍(Ni) 1.0%,锡(Sn) 8.0%,铅(Pb) 0.01%，锌(Zn) 0.2M，磷(P) 0. 1%，杂质总量0. 5%,余量为铜
4. 按设计的成品为0. 5 mm的合金层厚度计,铺粉厚度为0. 85 mm，将合金粉末均匀的 铺在预处理好的钢板上，并在通有氨分解气还原性保护气氛的履带式烧结炉中进行 烧结，第一次烧结(初烧)温度为850。C。烧结时间为20分钟，使合金粉末之间， 合金粉末和钢板之间有一定的结合强度。
5. 初轧校平，把初烧后的材料在冷轧机上进行冷轧，轧制至2.60 mm的厚度，精度控 制在土0.01mm。初轧的目的是提高合金的密度。
6. 复烧。将初轧好的材料，在88(TC的温度下进行再次烧结(复烧)，烧结时间为20 分钟，使合金之间，合金和钢板之间的结合强度进一步提高。
7. 精轧及校平。经过复烧后的材料，进行轧制(精轧)，轧制后厚度为2. 50±0. 01 mm， 其目的是进一步提高合金的密度，并所要求的镍青铜双金属材料的厚度。
实施例2
生产材料规格为总厚度3.5X合金宽度100 mm，合金厚度为0.80 mm，的镍青铜-钢 复合双金属轴承材料板材，选用St37-2G牌号的优质碳素钢结构钢板，将钢板剪切成宽度 106 mm和长度600 mm的条料，进行表面除油、除锈，改轧2. 70 mm的厚度，并校平。合 金粉末准备，采用高压水雾化的方法制取镍青铜合金粉末，粉末的化学成分按重量百分比 计，镍(Ni) 9.0%，锡(Sn) 6.0% ,铅(Pb) 0.01% ，锌(Zn) 0.2% ，杂质总量0.5%，余
量为铜的合金粉末均匀的铺在已处理好的钢板上，并放在通有还原性保护气氛烧结炉中进 行烧结，其余的生产工艺同实施例l 。
实施例3
生产材料规格为总厚度5.0X合金宽度140 mm，合金厚度为1. 5mm，的镍青铜-钢复 合双金属轴承材料板材，选用SS400牌号的优质碳素钢结构钢板，将钢板剪切成宽度146 mm 和长度650 mm的条料，进行表面除油、除锈，改轧至3.50 mm厚度，并校平。合金粉末 准备，采用高压水雾化的方法制取镍青铜合金粉末，粉末的化学成分按重量百分比计，镍(Ni) 15.0%，锡(Sn)8. 0% ,铅(Pb) 0.01% ，锌(Zn) 0.5% ，杂质总量0.5%，余量为铜 的合金粉末均匀的铺在已处理好的钢板上，并放进烧结炉在还原性保护气氛中进行烧结， 其余的生产工艺同实施例1。
权利要求
1.一种镍青铜一钢复合双金属轴承材料，其特征是所述的复合双金属轴承材料是层状结构，基层为低碳优质碳素钢材料，表层为镍青铜合金，镍青铜合金烧结在低碳优质碳素钢材料表面。
全文摘要
本发明提供了一种镍青铜—钢复合双金属轴承材料及其制造方法，特别是涉及一种镍青铜合金烧结在低碳优质碳素钢材料表面的镍青铜—钢复合双金属轴承材料及其制造方法。本发明的一种镍青铜—钢复合双金属轴承材料是层状结构，基层为低碳优质碳素钢材料，表层为镍青铜合金，镍青铜合金烧结在低碳优质碳素钢材料的表面。本发明的一种镍青铜—钢复合双金属轴承材料的制造方法是一种采用粉末冶金烧结法原理把镍青铜合金烧结在低碳优质碳素钢材料表面形成镍青铜—钢复合双金属轴承材料的制造方法。
文档编号C22C9/00GK101301802SQ200810039660
公开日2008年11月12日 申请日期2008年6月26日 优先权日2008年6月26日
发明者何光志, 周剑平, 温世达, 陈进添 申请人:上海核威实业有限公司