[发明专利]铜基轴承合金表面激光熔覆制备复合耐磨层的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种铜基轴承合金表面激光熔覆制备复合耐磨层的方法。

背景技术

铜基轴承合金，包括锡青铜、铅青铜、铝青铜和铍青铜等，因其具备优良的减摩性能、铸造性能和机械性能被广泛应用于各种重载滑动轴承上，如大型破碎机、船舶、载重汽车、重型内燃机、发电机等等，是机械行业重要的耗材之一。

但上述各种材料均存在一定的缺陷，如锡青铜和铅青铜作为最早应用的轴承合金，具有自润滑效果好，减摩性好等优点，但由于锡、铅属于低熔点金属，且硬度较低，故不适用于高温高冲击场合；同时铅青铜在生产中会造成较大的重金属污染，铍青铜综合性能好，导热性好，热处理后，强度均匀，耐磨耐腐蚀，铸造性好，适于制造各种耐磨零件以及在高速、高压和高温下工作的轴承、衬套，但铍青铜因其价格昂贵、铍毒的公害和成品率低而使该合金的生产和使用受到限制；铍青铜在熔炼、加工等工序中放出的BeO粉末对人体有很大的危害，环保设备也要进行巨大投资。铝青铜的结晶温度范围很小，流动性好，组织致密，但其线收缩率大，加工中易产生裂纹。

另外，因铜合金的价值较高，因此常被用于大型设备的关键性部位，一旦磨损失效后更换成本以及带来的停机费用都非常巨大，如何提高铜合金轴承的使用寿命，减少设备停机及更换次数成为一个亟待解决的行业问题。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种铜基轴承合金表面激光熔覆制备复合耐磨层的方法，通过设计耐磨层成分，经涂覆和激光熔覆，在铜基轴承合金制成Cu-TiC-C复合自润滑耐磨层，提高耐磨性能，延长使用寿命。

本发明的方法包括如下步骤：

1、铜基轴承合金表面预处理：去除铜基轴承合金表面的氧化层、油污和锈蚀；对铜基轴承合金表面进行喷丸毛化处理，至表面粗糙度为Ra3.2~Ra6.3，获得基体；

2、制备混合粉末：将钛粉、石墨和镍粉分别在110~150℃烘干去除水分，然后放入混料机中混合均匀，获得混合粉末；混合粉末按重量百分比含钛粉60~61%，石墨20~21%，其余为镍粉；

3、制备涂覆材料：将混合粉末与虫胶混合，然后加入无水乙醇调制成糊状，获得涂覆材料，其中混合粉末与虫胶的重量比为1:（0.1~0.3）；

4、预置：将涂覆材料涂覆在基体表面形成预涂层，待预涂层干燥凝固后，打磨成厚度为0.5±0.02mm的待熔覆涂层；

5、激光扫描：对待熔覆涂层进行激光扫描，激光扫面时使用矩形光斑，连续输出，激光功率密度120~150W/mm²，扫描速度600~800mm/min，搭接率5~10%；扫面完成后在基体表面获得复合耐磨层；

6、后处理：将表面有复合耐磨层的基体用砂轮打磨抛光，去除表面氧化层；然后采用毫克能设备进行抛光处理，至粗糙度为Ra1.6~Ra1.7，以去除残余热应力。

上述的铜基轴承合金选用锡青铜轴承合金、铅青铜轴承合金或铝青铜轴承合金。

上述的钛粉、石墨和镍粉的粒度小于250目，其中钛粉纯度≥99.5%，石墨纯度≥99.5%，镍粉纯度≥99.5%。

上述的步骤2中，放入混料机中混合时间至少2小时，混料机的转数在400~500rpm。

上述方法中，当混合粉末放置超过1小时，需重新混合。

上述的复合耐磨层的厚度为0.09~0.12mm，表面硬度HV1000~HV1100。

本发明的方法采用激光工艺，可制备与基体形成冶金结合的特殊功能层，厚度可以根据需要控制在0.15~0.6mm范围，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能；将铜基轴承合金的表面喷丸毛化处理以避免铜合金对激光的强反射作用，同时方便粉末的预置。