[发明专利]一种放电等离子体辅助球磨制备Cu‑Sn‑Bi轴承合金的方法

说明书

本发明公开了放电等离子体辅助球磨制备Cu‑Sn‑Bi轴承合金的方法，将Cu、Sn、Bi原始粉末按一定重量百分比进行混合，然后经放电等离子体辅助球磨获得Cu‑Sn‑Bi过饱和固溶体合金粉末，上述合金粉末经预冷压、烧结、冷轧、再结晶退火工艺，制备出接近全致密的Cu‑Sn基轴承合金。采用本发明的方法所制备的Cu‑Sn‑Bi合金具有较高的致密度、抗拉强度和塑性，且具有较好的耐磨减摩性能。该工艺方法解决了在粉末烧结制备Cu‑Sn基轴承合金中所产生的难烧结、不致密等关键问题，有利于实现产业化生产。

技术领域

本发明涉及Cu基滑动轴承材料的制备方法，特别涉及一种放电等离子体辅助球磨制备Cu-Sn-Bi轴承合金的方法。

背景技术

Cu基滑动轴承材料是以Cu合金为基体，添加润滑减摩组元，利用铸造法、粉末冶金等技术制成的复合材料。Cu基轴承材料中使用最广泛的强化组元为Sn。一方面Cu与Sn能形成固溶体，产生固溶强化，有利于提高合金的硬度和强度；另一方面，Cu-Sn固溶体还可以减弱润滑油中含S化合物的腐蚀。Cu基轴承材料中使用最广泛的润滑组元为Pb，，但Pb是一种有害元素，长期使用含Pb轴承必然会对环境和人体造成危害，因此轴承合金去Pb化势在必行。无毒的Bi与Pb性质相近，是一种低熔点金属，它与Cu不固溶，在Cu合金中基本以游离态存在，并且对合金基体强度影响较小。Cu-Bi合金在摩擦过程中当局部油膜发生破裂时，摩擦热会引起Bi在接触部位熔化渗出并形成一层起抗粘、减摩作用的保护膜。这层保护膜有利于降低摩擦副的摩擦因数，并使合金磨损量和摩擦副表面温度降低，从而改善轴承材料的摩擦磨损性能。因此，不含Pb的Cu-Sn-Bi合金是一种很有前景的轴瓦材料，有望替代传统的Cu-Sn-Pb合金。

目前，市场上主流的Cu基轴承合金通常采用铸造法和粉末冶金法来制备。但Cu-Bi为二元互不固溶体系，并且熔点、密度相差较大，采用传统的铸造法难免会产生严重的比重偏析和疏松等缺陷。而采用普通的粉末冶金法时，一方面，粉末烧结形成的离异共晶导致Bi相在Cu相的晶界处形成网状组织，割裂了铜合金基体，降低了合金的强度和韧性；另一方面，Bi与Cu的润湿性较差，在烧结过程中易产生偏聚，形成较大的Bi相。此外，处于液相的Bi在重力作用下容易沉积到合金底部，在合金中形成空隙，破坏合金基体的连续性，降低合金的力学性能。本发明采用放电等离子体辅助球磨方法对Cu、Sn、Bi粉末进行机械合金化处理，通过适当的球磨工艺，可以控制Sn和Bi基本固溶到Cu基体中，形成片状过饱和固溶体粉末。该粉末更利于烧结过程中合金致密化，避免了Bi产生偏聚或沉积于合金底部的现象，使Bi以第二相的形式均匀弥散分布于Cu基体中。

CN 102728839A专利公开了一种不含Pb的铜合金滑动材料的制造方法，该专利旨在通过添加组元Ag，在Ag-Bi共晶温度附近利用高速冷却生成Ag-Bi共晶相，从而改善Bi的形态，提高合金的摩擦学性能，但该发明对设备要求较高，同时急冷易造成Ag-Bi共晶的偏聚，对合金组织及性能产生不良影响。

CN 101801567B专利公开了一种无Pb耐磨轴衬合金及其制造方法，该方法是通过在Cu-Sn-Bi合金基础上添加平均粒径小于10μm的Fe₃P、Mo₂Si等硬质颗粒，以改进材料的耐磨性，但该发明所制备的合金抗拉强度、延伸率普遍下降。

CN 101970701B专利公开了一种烧结铜合金滑动材料的制造方法，该专利在Cu-Bi-In系滑动材料中，通过形成尽可能纯的Bi软质相来提高合金的烧结性和耐磨耗性，但该发明制备的合金中Bi相分布取决于原始粉末的混合均匀程度，在实际操作时，这一点很难保证。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种放电等离子体辅助球磨制备Cu-Sn-Bi轴承合金的方法，解决了Cu-Sn-Bi轴承合金在工业生产过程中所产生的难烧结、不致密等关键问题，有利于推向工业化生产。

本发明的目的通过以下技术方案实现：