[發明專利]以煤油為介質的齒輪泵軸承材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410140439.4
• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN103909258A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 王飛;孫陽;田玉清;陳廣志
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F3/16;B22F5/08
• 代理公司: 北京中安信知識產權代理事務所(普通合伙) 11248
• 代理人: 張小娟

技術領域

本發明屬于冶金材料領域，特別涉及以煤油為工作介質的齒輪泵軸承材料及其制備方法。

背景技術

齒輪泵具有結構緊湊、轉速高等特點，是液壓系統中廣泛采用的一種液壓泵。泵內有兩對摩擦副：一對是軸承內孔與齒輪軸組成的摩擦副，另一對是軸承端面與齒輪端面組成的摩擦副。

齒輪泵軸承承擔著密封和載荷的功能，是齒輪泵的關鍵部件。齒輪泵軸承在泵內受力復雜，工作條件惡劣：既要承受軸向力，又要承受徑向力；既受到高速滑動，又受到高速沖擊；既有粘著磨損，又有疲勞磨損；既有對磨件的摩擦作用，又有介質的化學作用。

當以煤油為工作介質時，齒輪泵軸承的工況條件更加惡化。這是由于：⑴煤油的運動粘度低。如20℃條件下運動粘度，液壓油是21mm²/s，而煤油僅為1.25mm²/s。油粘度的劇烈下降，使油的內聚力減小，在同樣的接觸應力下油膜不穩定、易破裂，從而使金屬直接接觸，加快摩擦副的磨損。⑵煤油的潤滑性差。深度精制的泵用煤油中的天然潤滑物質減少，潤滑性差（表現在極壓性、抗磨損性和摩擦特性較差），致使摩擦副工作近乎處于干磨狀態。這就使材料在煤油中的摩擦系數顯著增加（約為液壓油中的10倍），造成齒輪泵軸承的嚴重磨損。⑶煤油滲透性強，泄漏增大。濾紙做滲透性試驗表明，煤油的滲透速度約為液壓油的10倍。滲透性的增加，同樣影響油膜的形成，增加材料干磨的機率。

因此，以煤油為工作介質的工況條件下，要求齒輪泵軸承材料具備以下性能：

⑴具備良好的抗摩擦磨損性能，特別是抗干磨性能，在油膜被破壞、油潤滑不充分或出現磨屑影響時仍具備良好的耐摩擦磨損性能。

⑵具備良好的抗粘著磨損性能，防止“粘銅”（軸承銅合金的銅元素轉移、粘附到對磨材料鋼上面）和“冷焊”（在摩擦熱作用下，銅合金與鋼擴散、融滲和結合）現象發生。

⑶具備良好的的自潤滑性能，以彌補煤油潤滑物質少的不足，提供足夠的減摩性能，不僅使本身不被磨損，還能保護對磨材料不被磨損。

⑷具備良好的密封性能，易充填、易磨合、易貼合，能克服表面不平度、粗糙度和不平行度，填平磨合面上微小的凹凸不平，在軸承端面與齒輪端面形成良好的密封帶，防止產生泄漏間隙，造成漏油和導致高低壓油腔溝通。

現有的以煤油為工作介質的齒輪泵軸承材料，主要采用鑄造的銅合金材料，例如HMn60-3-1-0.75、ZCuSb₅Ni₂、ZCuSbPb₂₀Ni₃等。但鑄造的銅合金軸承材料在煤油中工作，磨損嚴重，特別是在工作轉速高達10000r/min時，摩擦副受力幅度與交變頻率加大，摩擦副表面急速升溫，接觸面更快塑變、軟化，摩擦材料的粘著磨損和疲勞磨損急劇增加，造成軸承端面和內孔燒傷、解耦環破裂、軸承與齒輪抱死等故障，甚至造成花鍵軸斷裂。因此，鑄造銅合金無法滿足以煤油為工作介質的齒輪泵對軸承材料性能的要求。

發明內容

本發明的目的在于提出了一種具備良好的抗干磨、自潤滑、耐粘著性能的以煤油為介質的齒輪泵軸承材料。

本發明的另一目的在于提出了一種以煤油為介質的齒輪泵軸承材料的制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種以煤油為介質的齒輪泵軸承材料，該材料最終產品的化學組成按質量％為：錫白銅粉5-10，納米α-Al₂O₃粉0.5-5.5，耐磨石墨粉0.5-1.5，6-6-3錫青銅粉余量；其中，錫白銅粉的化學組成按質量％為：Sn9-11，Ni19-21，Cu余量；6-6-3錫青銅粉的化學組成按質量％為：Sn4-7，Zn4-7，Pb2-4,Cu余量；

該以煤油為介質的齒輪泵軸承材料通過以下方法制備：將錫白銅粉、納米α-Al₂O₃粉、耐磨石墨粉和6-6-3錫青銅粉充分混合，壓制、氫氣燒結后，再進行電火花燒結。

該材料的微觀組織中有沉淀析出的（Cu，Ni）₃Sn的θ相和彌散分布的納米α-Al₂O₃。

該材料原料粒度滿足以下要求：錫白銅粉粒度≤70μm，納米α-Al₂O₃粉粒度≤150nm，耐磨石墨粉粒度≤70μm；6-6-3錫青銅粉粒度≤70μm。