[发明专利]一种自润滑耐磨钢减摩层材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金材料领域，特别涉及一种自润滑耐磨钢减摩层材料及其制备方法。

背景技术

柱塞液压泵内关键摩擦副为：转子和滑靴。它们承受着交变应力、冲击载荷、表面摩擦磨损及介质的化学作用，承担着传力、润滑、密封的功能，工作条件最为恶劣。在新品研制中关键摩擦副的严重磨损或由磨损导致的断裂已成为泵失效的主要原因。

泵的高速、高压化将使关键摩擦副材料的磨损、疲劳问题变得更加突出：高速、高压下摩擦副表面急速升温，接触面更快塑变、软化，粘着磨损与疲劳损伤加剧；同时摩擦副受力幅度与交变频率增大，促使材料过早断裂。

关键摩擦副采用双金属结构，即材料表层与材料基体各用不同材料，这样既满足了摩擦副材料的匹配要求又提高了材料的疲劳强度，它是一种表层摩擦学性能（材料配对相容性、减摩、耐磨性）与基体材料力学性能（强度、韧性、抗疲劳能力）相结合的，解决磨损与疲劳双重问题的最好方案。

但现有的铜-钢双金属转子和滑靴满足不了新一代高压大流量液压泵，特别是煤油泵的要求，主要问题是：

①铜合金减摩层的耐磨性能有限。目前使用最多的减摩层材料是铸造锡青铜ZQSn10-2-3，作为铸造铜合金，不可避免的存在铸造缺陷，如果缺陷出现在工作面，会破坏工作面的表面完整性，极大地降低转子耐磨层的耐磨性能，使得产品达不到预定的寿命要求。铜合金铸造后的致密性影响其耐磨性能，因此，其耐磨性受到铸造技术的制约。而转子和滑靴采用整体Si-Mn黄铜制造，不仅耐磨性能不理想，强度也不够，常常出现柱塞头从球窝拉脱现象。特别是当柱塞泵的液压介质由红油转换为煤油时，便使双金属的铜合金层产生剧烈磨损，甚至出现“剃光头”现象（即双金属上的镀银层和铜层全被磨掉）。转子和滑靴端面铜合金层的严重磨损，使密封面受到破坏，造成泵的内泄增大，容积效率下降，如图1所示。如果铜合金产生的磨屑进入液压系统，则会破坏泵内组件，造成重大故障，大大降低液压泵的使用寿命和可靠性。

②转子的柱塞孔与柱塞配合，这一对摩擦副不宜选用热变形量相差很大的材料，这一点在高温情况下尤为突出。铜-钢双金属转子由于热膨胀系数不同，热变形量相差大，容易出现柱塞抱死故障。如果要保证高温状态足够的变形量，就会导致常温状态转子与柱塞间隙过大，容积效率降低。同时由于热变形量的不同，转子在进行热处理过程中，减摩层容易产生裂纹。

③减摩层铜合金容易产生疲劳磨损，使铜转移到钢基体上，产生粘铜，也即“冷焊”现象，影响摩擦副正常运转。

④由于铜合金的熔点低，扩散焊温度受到限制，加上铜合金本身的强度低（例如，ZQSn10-2-3的σ_b为245MPa），因此，铜-钢双金属摩擦副的结合强度低，常出现端面铜合金层脱落以及柱塞孔铜合金层被拉出的情况。

至此，寻找减摩、耐磨、焊接性好、能适应热处理要求的减摩层材料已成为研制双金属零件的关键。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种能够满足液压泵双金属转子和滑靴性能要求，具备良好的自润滑、耐磨、耐粘着性能的自润滑耐磨钢减摩层材料。

本发明的另一目的是提供一种自润滑耐磨钢减摩层材料的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种自润滑耐磨钢减摩层材料，该材料最终产品的化学组成按质量％为：C：0.5-1，Cr：11-13，Ni：8-10，Mo：1.5-2.5，Cu：25-30，MoS₂：3-9，纳米α-Al₂O₃：0.5-1.5，Fe余量；

该自润滑耐磨钢减摩层材料通过以下方法制备：将石墨粉、铬铁粉、钼铁粉、羰基镍粉、二硫化钼粉、纳米α-Al₂O₃粉以及粘结剂与铁粉混合，进行压制和烧结；再进行浸铜。

制备自润滑耐磨钢减摩层材料的工艺为：将混合粉加入粘结剂，粘结剂的加入量为其余混合粉总重量的1-2%，原料混合时间为1-2h；混合后装入钢模中，在液压机上进行压制，压制压力为400-600MPa，然后将压坯装入烧舟，在氢气净化炉或真空炉中进行烧结，烧结温度为1100-1150℃，烧结时间为1-2h；所制得的烧结材料在氢气净化炉或真空炉内进行浸铜，浸铜温度为1100-1150℃，浸铜时间为1-2h。

所述粘结剂为硬脂酸锌、硬脂酸锂、石蜡、树脂中的任一种或一种以上。

一种自润滑耐磨钢减摩层材料的制备方法，其中，