專利名稱：一種具有高孔隙度的多層復(fù)合自潤滑材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種自潤滑材料及其制備方法，尤其是一種具有高孔隙度的多層復(fù)合自潤滑材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
壓縮機(jī)工作時需要可靠穩(wěn)定的潤滑。當(dāng)壓縮機(jī)缺少潤滑劑或潤滑不合理時，壓縮機(jī)內(nèi)部就會產(chǎn)生嚴(yán)重異響，嚴(yán)重時還會造成壓縮機(jī)部件的磨損失效。為保證壓縮機(jī)運(yùn)動部件的穩(wěn)定性，需要對自潤滑軸承表面進(jìn)行切削或研磨加工，以防由于軸承磨損產(chǎn)生過大的間隙而導(dǎo)致壓縮機(jī)產(chǎn)生過大的噪聲。由于軸承主要是在邊界潤滑條件和缺油或少供油的條件下長時間運(yùn)行，因而研制具有良好自潤滑性能和長壽命穩(wěn)定性的滑動軸承顯得非常重要。
美國達(dá)納公司提出的中國發(fā)明專利(公開號CN1292852A，專利名稱為“滑動軸承”)利用球形的銅合金粉，通過一定溫度下燒結(jié)在覆銅鋼板上，表面上燒結(jié)以聚四氟乙烯(PTFE)為主要樹脂的高分子材料，通過卷制工藝制造軸承。此發(fā)明的缺點(diǎn)是由于孔隙率較小，在高載條件下表面聚合物改性層磨損后，雖然可以保持一段時間的穩(wěn)定磨損期，但隨著軸承的長時間運(yùn)動，摩擦界面上露出的金屬逐漸增多，導(dǎo)致軸承壽命急劇下降，并且易咬合對偶摩擦副。
日本Taiho Kogyo Co.Ltd申請的美國專利(申請?zhí)枮閁SP5217814，名稱為“Sintered Sliding Material”)利用粒徑為30～200μm的銅或銅合金粉燒結(jié)在鋼板表面上，保證燒結(jié)的合金層孔隙率為5～70％，表面層燒結(jié)二硫化鉬和鉛粉等填充的聚四氟乙烯樹脂，從而制備出滑動材料，可以顯著提高材料的耐磨性。
日本Daido Metal公司申請的美國專利(申請?zhí)枮閁SP5447774，名稱為“Composite Sliding Member with High Porosity Sintering Layer”)將低表觀密度的合金銅粉燒結(jié)在金屬板材上，保證燒結(jié)后合金層的孔隙率達(dá)到50～80％，然后表面上覆蓋以聚四氟乙烯為主要樹脂的高分子改性層，通過燒結(jié)再軋制的工藝保證聚四氟乙烯樹脂嵌入合金粉中，通過卷制制備自潤滑軸承，可以有效地提高軸承的耐磨性。
但上述這些發(fā)明的不足之處在于較高的孔隙率會導(dǎo)致金屬合金粉與金屬板的粘結(jié)性能下降，從而導(dǎo)致合金層的承載能力下降。同時，由于部分孔隙是閉孔，沒有完全暴露在合金層的表面，導(dǎo)致表面聚合物無法滲入。另外，由于主要的潤滑劑是以PTFE乳液為主體的糊狀物，使得糊狀物中的水分進(jìn)入孔隙間，雖然水分在干燥后會蒸發(fā)，但具有粘彈性的聚合物材料并不易完全嵌入孔隙中，從而無法獲得優(yōu)異的自潤滑性和耐磨性能，并且材料的機(jī)械性能呈下降趨勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提出一種有優(yōu)異自潤滑性和耐磨性的具有高孔隙度的多層復(fù)合自潤滑材料，以及該材料的制備方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種具有高孔隙度的多層復(fù)合自潤滑材料以低碳鋼板為基材，表面進(jìn)行電鍍銅處理，然后在其背襯層表面上燒結(jié)具有一定孔隙率銅合金粉，再在表面鋪覆燒結(jié)聚合物材料，通過軋制調(diào)整厚度后制成，所述銅合金粉中錫的重量含量為1～15％，優(yōu)選值為8～12％；鋅的重量含量為0～6％；鉛的重量含量為0～6％，優(yōu)選值為3～5％。
上述一種具有高孔隙度的多層復(fù)合自潤滑材料，所述的青銅粉燒結(jié)后合金層的表觀密度為2.0～4.0g/cm3，優(yōu)選值為2.8～3.4g/cm3。
上述一種具有高孔隙度的多層復(fù)合自潤滑材料，所述聚合物材料以聚四氟乙烯(PTFE)為主要樹脂，其組成及重量含量分別為(1)、聚四氟乙烯，重量含量為20～99％；(2)、其它有機(jī)氟樹脂，采用可熔性聚四氟乙烯(PFA)、聚全氟乙丙烯(FEP)中的一種或兩種，重量含量為0.1～20％；(3)、纖維，采用玻璃纖維、碳纖維、芳香族聚酰胺纖維(如Kevlar纖維、Technora纖維或Twaron纖維)或鈦酸鉀晶須中的一種，重量含量為0.1～15％；(4)、固體潤滑劑，采用二硫化鉬或石墨，重量含量為0.1～30％；(5)、具有協(xié)同潤滑作用的無機(jī)物粉體采用金屬氟化物、金屬硫酸鹽和金屬磷酸鹽等填料，重量含量為0.1～15％。
上述一種具有高孔隙度的多層復(fù)合自潤滑材料，所述纖維的直徑≤8μm，平均纖維長度為50μm以下，長徑比為2∶1至5∶1。
本發(fā)明一種具有高孔隙度的多層復(fù)合自潤滑材料的制備方法，它包括下列步驟1、用機(jī)械混合器將有機(jī)氟樹脂、纖維、固體潤滑劑和無機(jī)物粉體充分混合攪拌，然后放入烘箱，將混合物于120～200℃的條件下進(jìn)行干燥處理，將混合物的水分脫去；2、將脫去水后的混合物放入錐形或雙錐形混合器中進(jìn)行混合，并加入一定量的潤滑油，以保證混合的效果；3、將混合均勻的材料鋪覆于已經(jīng)燒結(jié)好銅粉的低碳鋼板或銅板表面上，通過軋制，將混合物軋入合金層內(nèi)，然后將其置于連續(xù)式燒結(jié)爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下進(jìn)行燒結(jié)，溫度控制在360～420℃范圍內(nèi)，時間為5～30分鐘，出爐后再經(jīng)軋制，制得本發(fā)明具有高孔隙度的多層復(fù)合自潤滑材料。
上述一種具有高孔隙度的多層復(fù)合自潤滑材料的制備方法，所述的銅粉在750～920℃溫度條件下燒結(jié)5～30分鐘，以保證與鍍銅鋼板有良好的結(jié)合強(qiáng)度；燒結(jié)后合金層的表觀密度控制在2.0～4.0g/cm3，其優(yōu)選值為2.8～3.4g/cm3。
利用本發(fā)明所制備的復(fù)合材料，通過切斷、沖槽、卷圓、整形、倒角、拋光、電鍍等系列工藝，可制成滑動軸承或止推墊片。它采用低碳鋼板或銅板作為背襯層，表面電鍍銅或銅合金，可以保證與合金銅粉具備良好的粘著力。它具有機(jī)械性能好，能夠保持背襯金屬材料的承載能力和機(jī)械強(qiáng)度，自潤滑性和耐磨性優(yōu)異，生產(chǎn)效率高，制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。具體物理機(jī)械性能如下表

本發(fā)明復(fù)合材料可以保證良好的尺寸穩(wěn)定性，長時間運(yùn)轉(zhuǎn)時具有較低的噪聲。材料經(jīng)表面研磨或切削加工0.15mm以上，仍能保持優(yōu)異的耐磨性，因而可以廣泛用于渦輪式壓縮機(jī)中的滑動部件。本發(fā)明所采用的纖維具有良好的耐磨性，不易產(chǎn)生對偶表面的磨損。所采用的固體潤滑劑具有良好的潤滑性，并與聚四氟乙烯有良好的協(xié)同潤滑效應(yīng)。本發(fā)明所添加的粉體填料與聚四氟乙烯有良好的協(xié)同效應(yīng)，可以有效地促進(jìn)PTFE在對偶摩擦副表面的粘著，有效地降低摩擦溫度。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
在電鍍銅的低碳鋼(厚度為2.1mm)表面燒結(jié)銅合金粉，銅合金粉中錫含量為12wt％，鋅含量為3wt％，鉛含量為3wt％，將以上所述的銅合金粉均勻鋪敷在鍍銅低碳鋼板上，保證鋪粉厚度為0.35mm，在氨分解氣體保護(hù)條件下于900℃燒結(jié)10min，出爐后保證銅粉與鍍銅鋼板有良好的結(jié)合強(qiáng)度。
按下述表面潤滑材料(聚合物材料)實(shí)施配方表第1列中的配比將各組分在機(jī)械攪拌器內(nèi)進(jìn)行混合，保證混合物的均勻性。然后放入烘箱，將混合物于200℃的條件下進(jìn)行干燥處理，將混合物的水分脫去。將脫去水后的混合物放入錐形或雙錐形混合器中進(jìn)行混合，并且加入1/5體積比的45號機(jī)械油。隨后將混合均勻的材料鋪覆于已經(jīng)燒結(jié)好的銅粉的金屬板表面上，通過軋制，將混合物軋入合金層內(nèi)，軋制后的厚度控制在2.50mm然后將其置于連續(xù)式燒結(jié)爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下于420℃進(jìn)行燒結(jié)，時間為20分鐘，出爐后再經(jīng)軋制，可以制備出符合厚度公差的多層復(fù)合材料。
實(shí)施例2在電鍍銅的低碳鋼(厚度為2.1mm)表面燒結(jié)銅合金粉，銅合金粉中錫含量為8wt％，鋅含量為5wt％，將以上所述的銅合金粉均勻鋪敷在鍍銅低碳鋼板上，保證鋪粉厚度為0.35mm，在NH3分解氣氛保護(hù)條件下于910℃燒結(jié)15min，出爐后保證銅粉與鍍銅鋼板有良好的結(jié)合強(qiáng)度。
下述表面潤滑材料(聚合物材料)實(shí)施配方表第2列的配比將各組分在機(jī)械攪拌器內(nèi)進(jìn)行混合，具體過程與實(shí)施示例1相同。
實(shí)施例3在電鍍銅的低碳鋼(厚度為2.1mm)表面燒結(jié)銅合金粉，銅合金粉中錫含量為10wt％，鉛含量為5wt％，將以上所述的銅合金粉均勻鋪敷在鍍銅低碳鋼板上，保證鋪粉厚度為0.35mm，在NH3分解氣氛保護(hù)條件下于860℃燒結(jié)20min，出爐后保證銅粉與鍍銅鋼板有良好的結(jié)合強(qiáng)度。
下述表面潤滑材料(聚合物材料)實(shí)施配方表第3列的配比將各組分在機(jī)械攪拌器內(nèi)進(jìn)行混合，具體過程與實(shí)施示例1相同。
實(shí)施例4在電鍍銅的低碳鋼(厚度為2.1mm)表面燒結(jié)銅合金粉，銅合金粉中錫含量為6wt％，鋅含量為6wt％，鉛含量為3wt％，將以上所述的銅合金粉均勻鋪敷在鍍銅低碳鋼板上，保證鋪粉厚度為0.35mm，在NH3分解氣氛保護(hù)條件下于870℃燒結(jié)15min，出爐后保證銅粉與鍍銅鋼板有良好的結(jié)合強(qiáng)度。
下述表面潤滑材料(聚合物材料)實(shí)施配方表第4列的配比將各組分在機(jī)械攪拌器內(nèi)進(jìn)行混合，具體過程與實(shí)施示例1相同。
實(shí)施例5在電鍍銅的低碳鋼(厚度為2.1mm)表面燒結(jié)銅合金粉，銅合金粉的成分含量與實(shí)施方法與實(shí)施示例1相同。
下述表面潤滑材料(聚合物材料)實(shí)施配方表第5列的配比將各組分在機(jī)械攪拌器內(nèi)進(jìn)行混合，具體過程與實(shí)施示例1相同。
實(shí)施例6在電鍍銅的低碳鋼(厚度為2.1mm)表面燒結(jié)銅合金粉，銅合金粉的成分含量與實(shí)施方法與實(shí)施示例2相同。
下述表面潤滑材料(聚合物材料)實(shí)施配方表第6列的配比將各組分在機(jī)械攪拌器內(nèi)進(jìn)行混合，具體過程與實(shí)施示例1相同。
實(shí)施例7在電鍍銅的低碳鋼(厚度為2.1mm)表面燒結(jié)銅合金粉，銅合金粉的成分含量與實(shí)施方法與實(shí)施示例3相同。
下述表面潤滑材料(聚合物材料)實(shí)施配方表第7列的配比將各組分在機(jī)械攪拌器內(nèi)進(jìn)行混合，具體過程與實(shí)施示例1相同。
表面潤滑材料(聚合物材料)實(shí)施配方表
權(quán)利要求
1.一種具有高孔隙度的多層復(fù)合自潤滑材料，其特征在于，它以低碳鋼板為基材，表面進(jìn)行電鍍銅處理，然后在其背襯層表面上燒結(jié)具有一定孔隙率銅合金粉，再在表面鋪覆燒結(jié)聚合物材料，通過軋制調(diào)整厚度后制成，所述銅合金粉中錫的重量含量為1～15％，優(yōu)選值為8～12％；鋅的重量含量為0～6％；鉛的重量含量為0～6％，優(yōu)選值為3～5％。
2.如權(quán)利要求1述的一種具有高孔隙度的多層復(fù)合自潤滑材料，其特征在于，所述的青銅粉燒結(jié)后合金層的表觀密度為2.0～4.0g/cm3，優(yōu)選值為2.8～3.4g/cm3。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種具有高孔隙度的多層復(fù)合自潤滑材料，其特征在于，所述聚合物材料以聚四氟乙烯為主要樹脂，其組成及重量含量分別為(1)、聚四氟乙烯，重量含量為20～99％；(2)、其它有機(jī)氟樹脂，采用可熔性聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯中的一種或兩種，重量含量為0.1～20％；(3)、纖維，采用玻璃纖維、碳纖維、芳香族聚酰胺纖維或鈦酸鉀晶須中的一種，重量含量為0.1～15％；(4)、固體潤滑劑，采用二硫化鉬或石墨，重量含量為0.1～30％；(5)、具有協(xié)同潤滑作用的無機(jī)物粉體采用金屬氟化物、金屬硫酸鹽和金屬磷酸鹽等填料，重量含量為0.1～15％。
4.如權(quán)利要求3所述的一種具有高孔隙度的多層復(fù)合自潤滑材料，其特征在于，所述纖維的直徑≤8μm，平均纖維長度為50μm以下，長徑比為2∶1至5∶1。
5.一種具有高孔隙度的多層復(fù)合自潤滑材料的制備方法，其特征在于，它包括下列步驟1、用機(jī)械混合器將有機(jī)氟樹脂、纖維、固體潤滑劑和無機(jī)物粉體充分混合攪拌，然后放入烘箱，將混合物于120～200℃的條件下進(jìn)行干燥處理，將混合物的水分脫去；2、將脫去水后的混合物放入錐形或雙錐形混合器中進(jìn)行混合，并加入一定量的潤滑油，以保證混合的效果；3、將混合均勻的材料鋪覆于已經(jīng)燒結(jié)好銅粉的低碳鋼板或銅板表面上，通過軋制，將混合物軋入合金層內(nèi)，然后將其置于連續(xù)式燒結(jié)爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下進(jìn)行燒結(jié)，溫度控制在360～420℃范圍內(nèi)，時間為5～30分鐘，出爐后再經(jīng)軋制，制得具有高孔隙度的多層復(fù)合自潤滑材料。
6.如權(quán)利要求5所述的一種具有高孔隙度的多層復(fù)合自潤滑材料的制備方法，其特征在于，所述的銅粉在750～920℃溫度條件下燒結(jié)5～30min，以保證與鍍銅鋼板有良好的結(jié)合強(qiáng)度；燒結(jié)后合金層的表觀密度2.0～4.0g/cm3，其最佳值控制在2.8～3.4g/cm3。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有高孔隙度的多層復(fù)合自潤滑材料，它以低碳鋼板為基材，表面進(jìn)行電鍍銅處理，然后在其背襯層表面上燒結(jié)具有一定孔隙率銅合金粉，再在表面鋪覆燒結(jié)聚合物材料，通過軋制調(diào)整厚度后制成，其中銅合金粉中錫的重量含量為1～15％，優(yōu)選值為8～12％；鋅的重量含量為0～6％；鉛的重量含量為0～6％，優(yōu)選值為3～5％。它具有機(jī)械性能好，能夠保持背襯金屬材料的承載能力和機(jī)械強(qiáng)度，自潤滑性和耐磨性優(yōu)異，生產(chǎn)效率高，制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛用于渦輪式壓縮機(jī)中的滑動部件。
文檔編號B32B15/08GK1884865SQ20061005170
公開日2006年12月27日 申請日期2006年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月30日
發(fā)明者張國強(qiáng), 王宏剛, 簡令奇, 楊生榮 申請人:嘉興中達(dá)自潤軸承工業(yè)有限公司