一种多孔铁基覆铜自润滑含油轴承及其制备方法与流程

本发明涉及粉末冶金轴承，具体涉及到一种多孔铁基覆铜自润滑含油轴承及其制备方法。

背景技术：

1、含油轴承作为机械传动系统中的基础减磨部件，广泛应用于汽车、家电及通用工业设备。传统铁基粉末冶金含油轴承以还原铁粉经压制烧结形成多孔基体，并浸入润滑油实现自润滑。该类轴承在装配及使用初期，其多孔表面易因搬运磨损而掉粉，且孔隙直接暴露于外界，在粉尘或潮湿环境中易发生油液污染与氧化。

2、为此，业内尝试在烧结体表面增设铜层以改善表面抗磨与防锈性能。现有表面铜层工艺多直接对铁基多孔体进行整体电镀，镀层易封闭表层开口孔隙，阻碍内部连通孔隙向外供油，导致自润滑功能下降。

3、此外，传统混合粉末中固体润滑剂石墨与铁粉密度差较大，混粉过程中石墨易偏聚，烧结体孔隙均匀性不足，影响轴承承载与出油稳定性。如何在获得表面覆铜防护的同时保留孔隙供油通道，并改善石墨在基体中的分布，仍是该类轴承制备中待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中铁基含油轴承表面电镀铜层易封闭开口孔隙导致自润滑功能下降，以及混粉过程中石墨易偏聚导致烧结体孔隙均匀性不足的技术问题，提供一种多孔铁基覆铜自润滑含油轴承及其制备方法，其通过以表面包覆不连续岛状-网状金属铜层的铜包覆改性石墨为原料改善石墨分布，并通过在铁基多孔烧结体表面形成由内至外依次设置的无氰预镀铜层和无氰厚镀铜层且保留至少部分与开口孔隙连通的表面出油孔口，兼顾表面覆铜防护与孔隙供油通道，实现轴承抗磨防锈与内部连通孔隙稳定供油。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多孔铁基覆铜自润滑含油轴承，所述多孔铁基覆铜自润滑含油轴承包括铁基多孔烧结体和覆盖于所述铁基多孔烧结体表面的覆铜层；

3、所述铁基多孔烧结体的原料按质量百分比计包括铜包覆改性石墨0.3%至1.0%、硬脂酸锌0.5%至1.2%，余量为还原铁粉；

4、所述铜包覆改性石墨以石墨颗粒为核，所述石墨颗粒表面包覆有不连续岛状-网状金属铜层，所述金属铜层由粒径为50至300nm的铜颗粒相互连接形成，所述金属铜层对所述石墨颗粒表面的包覆率为60%至90%，铜占所述铜包覆改性石墨总质量的5%至15%，所述覆铜层包括由内至外依次设置的无氰预镀铜层和无氰厚镀铜层，所述覆铜层的总厚度为8至20μm，所述铁基多孔烧结体具有相互连通的开口孔隙，所述开口孔隙内浸有润滑油，且所述覆铜层沿所述铁基多孔烧结体的实体骨架表面分布并保留至少部分与所述开口孔隙连通的表面出油孔口。

5、进一步，所述石墨颗粒为鳞片状石墨颗粒或近球形石墨颗粒，所述石墨颗粒的d50为10至35μm。

6、进一步，所述还原铁粉的d50为70至80μm，所述金属铜层呈非致密连续膜结构，相邻铜颗粒之间形成用于保持石墨表面部分暴露区域的岛状或网状连接结构。

7、进一步，所述无氰预镀铜层的厚度为0.3至2μm，所述无氰厚镀铜层的厚度满足使所述覆铜层的总厚度达到8至20μm。

8、一种多孔铁基覆铜自润滑含油轴承的制备方法，包括如下步骤：

9、s1：制备铜包覆改性石墨，使石墨颗粒表面形成铜成核位点后加入碱性无氰化学镀铜体系进行化学镀铜，得到铜占其总质量5%至15%的铜包覆改性石墨；

10、s2：将铜包覆改性石墨、硬脂酸锌和还原铁粉混合均匀，得到混合粉末；

11、s3：将所得混合粉末压制成型，得到含油轴承毛坯；

12、s4：将所得含油轴承毛坯在保护气氛中依次进行脱脂、预烧结和本烧结，得到铁基多孔烧结体；

13、s5：对所得铁基多孔烧结体依次进行除油、水洗、酸洗活化、无氰预镀铜和无氰厚镀铜，形成总厚度为8至20μm的覆铜层，随后进行水洗、防变色处理和干燥；

14、s6：对电镀后的产品进行整形，然后在真空负压条件下浸入润滑油，使润滑油进入铁基多孔烧结体的相互连通孔隙中，得到所述多孔铁基覆铜自润滑含油轴承。

15、进一步，一种多孔铁基覆铜自润滑含油轴承的制备方法，所述s1包括如下子步骤：

16、a1：将石墨颗粒加入质量浓度3%至8%的盐酸水溶液中，在30至45℃下处理10至30min，过滤并水洗至中性；

17、a2：将酸洗后的石墨颗粒加入聚乙烯吡咯烷酮用量为石墨颗粒质量0.5%至2.0%的水溶液中分散20至40min；

18、a3：使铜离子吸附于经a2处理的石墨颗粒表面，所述铜离子由浓度0.0002至0.002mol/l的五水硫酸铜水溶液提供，吸附5至20min后，并采用硼氢化钠与铜离子摩尔比为2至4:1的硼氢化钠水溶液还原5至20min形成分散的纳米铜种子；

19、a4：将活化石墨颗粒加入无氰化学镀铜液，所述无氰化学镀铜液含有15至25g/l五水硫酸铜和50至100g/l酒石酸钾钠，乙醛酸与铜离子的摩尔比为2.2至3.0比1，调节ph为11.5至12.5，在45至60℃、100至300rpm搅拌条件下进行化学镀铜30至90min，并以试样增重和/或镀液铜离子残量控制反应终点，使沉积铜占所得铜包覆改性石墨总质量的5%至15%；

20、a5：化学镀铜完成后过滤、水洗，并在80至110℃下真空干燥，得到铜包覆改性石墨。

21、进一步，所述s2的混合在双运动混合机中进行，转速为20至40rpm，混粉时间为20至60min。

22、进一步，所述s4中保护气氛为氨分解气氛或氮氢混合保护气氛，含油轴承毛坯以3至6℃/min升温速率升温，在350至500℃下脱脂30至90min，在650至800℃下预烧结30至90min，并在1000至1080℃下本烧结1至2.5h。

23、进一步，所述s5中无氰预镀铜采用hedp碱性无氰预镀铜液，所述预镀铜液含五水硫酸铜15至25g/l、hedp80至120g/l，ph为9.0至10.5，在25至35℃下进行并控制阴极电流密度0.5至1.5a/dm2直至形成厚度0.3至2μm的无氰预镀铜层，无氰厚镀铜采用硫酸盐无氰镀铜液，所述厚镀铜液含五水硫酸铜180至220g/l、硫酸50至80g/l和氯离子40至80mg/l，在16至25℃下进行并控制阴极电流密度1.0至2.0a/dm2且在镀液循环或空气搅拌条件下电沉积直至覆铜层总厚度达到8至20μm，防变色处理采用质量分数0.2%至0.8%的苯并三氮唑水溶液浸渍0.5至2min，使铜表面形成防变色保护层，并避免形成覆盖所述表面出油孔口的连续封孔膜层，以保留与内部连通孔隙相连通的表面出油孔口。

24、进一步，所述s6中真空负压浸油的真空度为-0.06至-0.095mpa，真空负压保持时间40至60min，解除真空后继续使产品浸没于润滑油中30至60min。

25、本发明所采用的粉体配料、混合、压制成形及保护气氛烧结工艺与粉末冶金工具钢的典型粉末冶金加工路线在基本工艺原理上具有共通性，通过对金属粉末粒径、润滑组分、压制参数及烧结温度进行协同控制，可调节烧结体的致密化程度、烧结颈形成状态及孔隙结构；区别于以获得高硬度和高耐磨性为主要目的的粉末冶金工具钢，本发明通过铜包覆改性石墨、硬脂酸锌及还原铁粉的配合，在保证铁基烧结体具有相应力学强度的同时保留相互连通的开口孔隙，并进一步经表面覆铜及真空浸油处理形成兼具表面防护、储油及自润滑功能的多孔铁基覆铜自润滑含油轴承。

26、对上述技术方案进一步说明，所述铜包覆改性石墨的制备通过盐酸酸洗去除石墨表面无机杂质，经聚乙烯吡咯烷酮吸附提高其在水相中的分散性和润湿性，再通过铜离子吸附与硼氢化物还原形成纳米铜种子，最终在含五水硫酸铜和酒石酸钾钠的碱性无氰镀液中以乙醛酸为还原剂实现铜的选择性沉积，形成不连续岛状-网状金属铜层，该结构使石墨表面保留部分未被铜覆盖的区域，有利于兼顾石墨在烧结过程中的固定、分散及后续自润滑作用。所述铁基多孔烧结体的相互连通开口孔隙源于还原铁粉压制烧结形成的骨架间隙及硬脂酸锌分解逸出通道，覆铜层电镀时通过控制无氰预镀铜与无氰厚镀铜参数，并采用苯并三氮唑防变色处理在铜表面形成防变色保护层，同时避免形成覆盖表面出油孔口的连续封孔膜层，使覆铜层仅覆盖实体骨架表面而保留与孔隙连通的出油孔口，确保内部润滑油可向外迁移。所述还原铁粉的粒径与石墨颗粒粒径匹配，保障混合均匀性与烧结颈形成。

27、在一种实施方式中，所述制备方法的操作顺序为先将石墨颗粒表面改性获得铜包覆改性石墨，再与硬脂酸锌及还原铁粉干混，随后压制烧结，烧结后基体具备连通孔隙，再进行电镀覆铜，最后浸油。所述铜包覆改性石墨中的纳米铜层在烧结时与铁粉形成局部冶金结合，提升石墨固定性；所述覆铜层沿骨架分布而不封闭孔隙，使轴承在运转时通过毛细作用与热膨胀将润滑油从出油孔口挤出形成油膜。上述过程均依据前述参数具体实施。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

29、1.铜包覆改性石墨表面不连续岛状-网状金属铜层改善石墨在铁粉中的分布稳定性，减少石墨偏聚，促进其在铁基多孔烧结体中均匀分布，从而提高烧结体孔隙均匀性和径向压溃强度。

30、2.覆铜层包括由内至外依次设置的无氰预镀铜层和无氰厚镀铜层，且沿实体骨架表面分布并保留至少部分与开口孔隙连通的表面出油孔口，在提供表面抗磨防锈防护的同时维持内部连通孔隙供油通道，使轴承保持较高的含油率与自润滑性能。

31、3.采用无氰化学镀铜及无氰电镀铜工艺，并结合苯并三氮唑防变色处理在铜表面形成防变色保护层，同时避免形成覆盖表面出油孔口的连续封孔膜层，避免氰化物污染并兼顾表面防护与供油功能，工艺环保且功能协同。

32、4.还原铁粉与石墨颗粒粒径相匹配，配合特定烧结工艺，保障混合均匀性与烧结颈形成，实现力学性能与自润滑性能的均衡优化。