一種車輛軸承用鍍鎳碳化硅顆粒增強銅基復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及銅基復合材料，特別是涉及一種車輛軸承用鍍鎳碳化硅顆粒增強銅基復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]納米碳化娃是一種通過一定的技術條件，在普通碳化娃材料的基礎上制備出的一種納米材料。納米碳化硅具有純度高、粒徑小、分布均勻、比表面積大、高表面活性、松裝密度低，極好的力學、熱學、電學和化學性能，即具有高硬度、高耐磨性和良好的自潤滑、高熱傳導率、低熱膨脹系數及高溫強度大等特點。因此可用于添加到合金當中以提高母基合金的強度、硬度等，但是碳化硅作為非金屬化合物，熔融的基體合金對增強粒子不濕潤，以及增強相顆粒與基體合金之間容易發生界面反應，由于界面是復合材料極其重要的組成部分，界面的結合程度(即相容性)很大程度決定了復合材料的性質；同時由于碳化硅密度較低(3.2g/cm3)，與重金屬(銅合金、鐵合金)溶液融合時會產生嚴重的上浮，導致復合材料偏析問題嚴重，從而影響復合材料的性能及應用。因此必須尋求一種新的介質以便于碳化硅與重金屬的融合而使二者之間能夠充分融合，從而便于下一步生產處理。
[0003]錫鉛青銅(ZCuSnwPbw)是一種潤滑性、耐磨性和耐腐蝕性較好的鑄造銅合金，主要用于制造表面壓力高又存在側壓力的滑動軸承，如乳輥、車輛軸承、負載峰值達60MPa的受沖擊零件，和最高峰值達10MPa的內燃機雙金屬軸瓦，以及活塞銷套、摩擦片等。但是在負載高于60MPa的沖擊零件中的應用受到了限制，因此為了延長錫鉛青銅(ZCuSn1QPb1Q)在車輛軸承及相應摩擦片中的使用年限，提高錫鉛青銅(ZCuSr^Pbd的相關性能是必不可少的。

【發明內容】

[0004]針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種車輛軸承用鍍鎳碳化硅顆粒增強銅基復合材料及其制備方法，所制備的車輛軸承用鍍鎳碳化硅顆粒增強銅基復合材料在強度和硬度方面具有明顯提升，拓展原錫鉛青銅(ZCuSn1QPb1Q)在負載10MPa的沖擊零件中的應用。
[0005]為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下:
[0006]—種車輛軸承用鍍鎳碳化硅顆粒增強銅基復合材料，銅基復合材料的成分包含鍍鎳碳化硅顆粒(N1-SiC)、稀土、錫鉛青銅(ZCuSr^PbJ，其中，銅基復合材料的各成分組成按重量百分比分別為:鍍鎳碳化硅顆粒(N1-SiC): 15-20%，稀土:0.05-0.5%，錫鉛青銅(ZCuSn10Pb10): 79.5-84.95%。
[0007]進一步地，銅基復合材料的各成分組成按重量百分比分別為:鍍鎳碳化硅顆粒(N1-SiC):16-18%，稀土:0.1_0.4%，錫鉛青銅(ZCuSn10Pb10):81.6-83.9%。
[0008]進一步地，鍍鎳碳化硅顆粒是通過已知的化學方法制得，鍍鎳碳化硅顆粒的粒徑在0.5 μ m-35 μ m范圍內。
[0009]進一步地，稀土中包含重量百分比20%的鑭(La)和重量百分比15%的鈰(Ce)。
[0010]進一步地，錫鉛青銅(ZCuSn1QPb1Q)的鑄造是按照國標GB/T 1176-2013的標準。
[0011]—種上述車輛軸承用鍍鎳碳化硅顆粒增強銅基復合材料的制備方法，包含以下步驟:
[0012]步驟1:將鍍鎳碳化硅顆粒與稀土按照預訂比例混合；
[0013]步驟2:將電解銅、錫錠、鉛錠按照國標GB/T1176-2013的要求在500公斤容量的中頻電爐中熔煉；
[0014]步驟3:采用斯派克直讀光譜儀對熔煉完成的銅合金溶液進行成分檢測；
[0015]步驟4:將步驟I中預混合完成的鍍鎳碳化硅、稀土的混合物放置于熔煉完成的銅合金溶液之上，并用石墨棒進行攪拌；
[0016]步驟5:將攪拌完成的銅合金溶液倒入保溫爐中，并開啟保溫爐的振動裝置；
[0017]步驟6:保溫，然后開啟鑄造裝置并按照預定的產品形狀鑄造毛坯型材；
[0018]步驟7:將鑄造完成的毛坯型材進行表面處理，包裝入庫。
[0019]進一步地，步驟2中的熔煉溫度為1000°C -1100°C，熔煉時間為1.5-2小時。
[0020]進一步地，步驟4中的攪拌速率為3次/秒，攪拌時間為15-20分鐘。
[0021]進一步地，步驟5中的保溫爐的溫度為1100°C _1150°C，振動裝置的振動頻率設定為25-30次/秒，振動裝置的時間設定為25-30分鐘。
[0022]進一步地，步驟6中的保溫時間為1-1.5小時，保溫溫度為900°C -1000°C，鑄造溫度為 850°C -900 °C:
[0023]本發明的車輛軸承用鍍鎳碳化硅顆粒增強銅基復合材料，選取鍍鎳的納米碳化硅材料及稀土材料并通過一定的技術手段均勻分布在現有的合金材料中，利用鍍鎳納米級碳化硅高硬度、高耐磨性和良好的自潤滑及高溫強度大的性能，并通過其良好的潤濕性，加強與原錫鉛青銅(ZCuSn1QPb1Q)合金的結合，實現錫鉛青銅(ZCuSn1QPb1Q)合金材料的性能的進一步提升。利用本發明方法制備的車輛軸承用鍍鎳碳化硅顆粒增強銅基復合材料具有更高的強度和硬度，從而可拓展應用于負載10MPa的沖擊零件中，并且在同等條件下延長在車輛軸承及相應摩擦片中的使用年限。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0025]本發明提供的車輛軸承用鍍鎳碳化硅顆粒增強銅基復合材料，銅基復合材料的成分包含鍍鎳碳化硅顆粒(N1-SiC)、稀土、錫鉛青銅(ZCuSnwPbw)，其中，銅基復合材料的各成分組成按重量百分比分別為:鍍鎳碳化硅顆粒(N1-SiC):15-20%，稀土:0.05-0.5%，錫鉛青銅(ZCuSn1QPb1Q):79.5-84.95%。鍍鎳碳化硅顆粒是通過已知的化學方法制得，鍍鎳碳化硅顆粒的粒徑在0.5 μ m-35 μ m范圍內。稀土中包含重量百分比20%的鑭(La)和重量百分比15%的鈰(Ce)。錫鉛青銅(ZCuSn10Pb10)的鑄造是按照國標GB/T 1176-2013的標準。
[0026]本發明提供的車輛軸承用鍍鎳碳化硅顆粒增強銅基復合材料的制備方法，包含以下步驟:
[0027]步驟1:將鍍鎳碳化硅顆粒與稀土按照預訂比例混合；
[0028]步驟2:將電解銅、錫錠、鉛錠按照國標GB/T1176-2013的要求在500公斤容量的中頻電爐中熔煉，熔煉溫度為1000°C -1100°C，熔煉時間為1.5-2小時；
[0029]步驟3:采用斯派克直讀光譜儀對熔煉完成的銅合金溶液進行成分檢測，以確定銅合金溶液的化學成分在國標要求范圍之內，并保證銅合金溶液占熔煉爐體積的80%以下；
[0030]步驟4:將步驟I中預混合完成的鍍鎳碳化硅、稀土的混合物放置于熔煉完成的銅合金溶液之上，并用石墨棒進行攪拌，攪拌速率為3次/秒，攪拌時間為15-20分鐘；
[0031]步驟5:將攪拌完成的銅合金溶液倒入保溫爐中，并開啟保溫爐的振動裝置，振動裝置的振動頻率設定為25-30次/秒，振動裝置的時間設定為25-30分鐘，保溫爐的溫度為IlOO0C -1150。。；
[0032]步驟6:保溫1-1.5小時，保溫溫度為900°C -1000°C，并開啟鑄造裝置，鑄造溫度為850°C _900°C，按照預定的產品形狀鑄造毛坯型材；
[0033]步驟7:將鑄造完成的毛坯型材進行表面處理，包裝入庫。
[0034]實施例一:
[0035]按重量百分比為:鍍鎳碳化硅顆粒(N1-SiC):15%，稀土:0.05%，錫鉛青銅(ZCuSn10Pb10):84.95%準備原料。其中鍍鎳碳化硅顆粒是通過已知的化學方法制得，鍍鎳碳化硅顆粒的粒徑為0.5 μ m。稀土中包含重量百分比20%的鑭(La)和重量百分比15%的鈰(Ce)。錫鉛青銅(ZCuSn1QPb1Q)的鑄造是按照國標GB/T 1176-2013的標準。
[0036]首先，將鍍鎳碳化硅顆粒與稀土按照預訂比例混合。
[0037]其次，將電解銅、錫錠、鉛錠按照國標GB/T1176-2013的要求在500公斤容量的中頻電爐中熔煉，熔煉溫度為1000°C，熔煉時間為1.5小時。
[0038]其次，采用斯派克直讀光譜儀對熔煉完成的銅合金溶液進行成分檢測，以確定銅合金溶液的化學成分在國標要求范圍之內，并保證銅合金溶液占熔煉爐體積的80%以下。
[0039]其次，將預混合完成的鍍鎳碳化硅、稀土的混合物放置于熔煉完成的銅合金溶液之上，并用石墨棒進行攪拌，攪拌速率為3次/秒，攪拌時間為15分鐘。
[0040]其次，將攪拌完成的銅合金溶液倒入保溫爐中，并開啟保溫爐的振動裝置，振動裝置的振動頻率設定為25次/秒，振動裝置的時間設定為25分鐘，保溫爐的溫度為1100°C。[0041 ] 其次，保溫I小時，保溫溫度為900°C，并開啟鑄造裝置，鑄造溫度為850°C，按照預定的廣品形狀鑄造毛還型材。
[0042]最后，將鑄造完成的毛坯型材進行表面處理，包裝入庫。
[0043]制備的車輛軸承用鍍鎳碳化硅顆粒增強銅基復合材料的強度和硬度與原錫鉛青銅(ZCuSnwPbw)相比，分別提高了 28%和30%，在同等條件下車輛軸承用鍍鎳碳化硅顆粒增強銅基復合材料在車輛軸承及相應摩擦片中的使用年限比原錫鉛青銅(ZCuSnwPbw)的使用年限延長了 2年。
[0044]實施例二:
[0045]按重量百分比為:鍍鎳碳化硅顆粒(N1-SiC):16%，稀土:0.1 %，錫鉛青銅(ZCuSn10Pb10):83.9%準備原料。其中鍍鎳碳化硅顆粒是通過已知的化學方法制得，鍍鎳碳化娃顆粒的粒徑為ΙΟμπι。稀土中包含重量百分比20%的鑭(La)和重量百分比15%的鋪(Ce)。錫鉛青銅(ZCuSn1QPb1Q)的鑄造是按照國標GB/T 1176-2013的標準。
[0046]首先，將鍍鎳碳化硅顆粒與稀土按照預訂比例混合。
[0047]其次，將電解銅、錫錠、鉛錠按照國標GB/T1176-2013的要求在500公斤容量的中頻電爐中熔煉，熔煉溫度為1030°C，熔煉時間為1.6小時。
[0048]其次，采用斯派克直讀光譜儀對熔煉完成的銅合金溶液進行成分檢測，以確定銅合金溶液的化學成分在國標要求范圍之內，并保證銅合金溶液占熔煉爐體積的80%以下。
[0049]其次，將預混合完成的鍍鎳碳化硅、稀土的混合物放置于熔煉完成的銅合金溶液之上，并用石墨棒進行攪拌，攪拌速率為3次/秒，攪拌時間為16分鐘。
[0050]其次，將攪拌完成的銅合金溶液倒入保溫爐中，并開啟保溫爐的振動裝置，振動裝