一种利用铜基合金粉末和激光熔覆工艺降低无油润滑轴承孔隙率的方法与流程

本发明涉及一种铜基合金粉末和激光熔覆工艺，具体涉及一种利用铜基合金粉末和激光熔覆工艺降低无油润滑轴承孔隙率的方法。

背景技术：

1、利用42crmo钢为基材制作的电机轴承，其表面需要一种牌号为cusn12ni2锡青铜合金层来提高轴承表面的润滑与耐磨性能。为了使cusn12ni2合金附着于基材表面，现有的解决方案有镶嵌铜基轴套、电弧堆焊铜合金和离心浇铸等技术手段，但是，镶嵌铜基轴套的加工周期长、铜合金与基材的结合力差；电弧堆焊铜合金对基材的稀释率过大；而离心浇铸的方式是目前无油润滑轴承行业常用的技术手段。离心浇铸是通过离心力将熔融态的铜合金快速凝固在铁基基材表面，形成与基材冶金结合的涂层技术。

2、为了控制基材对铜合金的稀释率，本行业所使用的浇铸冷却速度往往较快，因此，在熔融态铜合金快速冷却过程中，气孔和夹渣物无法浮出铜合金的铸造层，从而影响铜合金的使用寿命。为解决上述问题，有人将微量的p元素或p和zn的复合元素加入到cusn12ni2合金中来提高铜合金的铸造性能，但是效果甚微，因为，为保证铜合金的自润滑性能和力学性能，cusn12ni2中的三大主元素：cu、sn和ni的含量范围有严格的限制，如图1所示。这将会诱发另外一个问题：如果p和zn加入量太少，效果甚微。如果加入量太高，cu、sn和ni的含量范围不但会超标，低气化点的p(磷的氧化物)和zn元素又容易导致铜合金的铸造层产生蒸气孔。另一方面，由于国家大力提倡产业升级和绿色技术制造，离心浇铸由于能耗高和污染重的原因，无油润滑轴承行业急需一种可以替代离心浇铸的新技术。

3、激光熔覆技术恰好符合目前行业的迫切需求，激光熔覆技术可以在铁基合金基材上形成铜基、镍基、钴基等异种金属结合的冶金层，并且，稀释率和烧损率几乎忽略不计，满足图1的成分范围。

4、申请号为cn115821251a的中国专利公开了一种蓝红激光复合熔覆锡青铜合金粉末工艺，其中合金粉末的牌号为cusn12ni2，成分为sn：11.60％，ni：1.97％，p：0.04％，fe：0.07％，zn：0.002％，o：0.016％，pb、si、c、sb、al五元素的含量均低于0.01％，余量为cu。该合金粉末中提到了p和zn元素能提高(铸造)流动性的作用，并没有提及如何利用合金粉末或熔覆工艺降低铜基合金层孔隙率的说明。

5、公开号为cn112430811b的中国专利公开了一种铜基体表面激光熔覆铜合金粉末的方法。该专利中所用的铜基合金粉末的cu：10～50％；ni：30～80％，没有提及sn元素。因为无油润滑轴承行业的所用的铜基合金为cusn12ni2合金，严格规定了cu含量不得低于84.0％，ni含量不得高于2.5％，sn元素是不可或缺的重要元素，起提高铜合金的力学性能和润滑性能的作用，显然该专利的并不符合该行业的技术要求。

6、另外，公开号为cn114016017b的中国专利公开了一种铸铁表面激光熔覆铜合金的方法及防爆叶轮表面结构。该专利公开的铜合金为cusn15、cusn10、cusn12、cusn20、cusn30等，并且使用inconel718进行打底熔覆，目的是为了使铜合金与铸铁基材能够更好的匹配。在该专利提供的解决方案中，ni元素的含量和降低铜合金孔隙率的方法并未提及。

7、在无油润滑轴承行业，cusn12ni2铜合金的孔隙率的高低直接影响轴承综合力学性能、服役寿命和安全服役指数。行业内一般要求cusn12ni2铜合金的孔隙面积在光学显微镜放大100倍的视场面积内，其面积占比不得高于0.2％，即孔隙率小于等于0.2％。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提出了一种利用铜基合金粉末和激光熔覆工艺降低无油润滑轴承孔隙率的方法，激光熔覆技术所用铜基合金粉末的组成成分为：sn：≥11.3wt％；ni：≤2.40wt％；fe：0.8～1.0wt％；ti：0.09～0.12wt％；b：0.30～0.35wt％；o：≤0.04wt％；cu为余量。

2、进一步的，激光熔覆技术所用铜基合金粉末的组成成分中，sn为11.3～11.5wt％，ni为2.30～2.40wt％。

3、进一步的，激光熔覆工艺所用工艺参数中，选用功率为9000～10000w的光纤激光器，功率密度为160～312w/mm2。

4、进一步的，激光熔覆工艺所用工艺参数中，选用线速度为25～30mm/s。

5、进一步的，搭接为光斑长度方向的45～50％，熔覆单边厚度1.8～2.2mm。

6、进一步的，激光熔覆工艺所用工艺参数中，设置氩气保护，保护激光熔池的氩气流量为20～25l/min。

7、进一步的，采用连续螺旋搭接的方式在无油润滑轴承的基材表面进行激光熔覆作业。

8、本发明有益效果如下：

9、cusn12ni2合金熔覆层的孔隙率控制在0.2％以下；在保证cu、sn、ni三元素的含量在标准范围内的基础上，添加的合金元素总量不高于1.5wt％；剪切强度高于行业要求的230mpa；合金粉末的原材料成本是标准cusn12ni2合金的95％；制粉工艺成本与现有技术相当；在1.8～2.2mm熔覆厚度的情况下，激光熔覆的效率比现有技术快15％。

技术特征：

1.一种利用铜基合金粉末和激光熔覆工艺降低无油润滑轴承孔隙率的方法，其特征在于：激光熔覆技术所用铜基合金粉末的组成成分为：sn：≥11.3wt％；ni：≤2.40wt％；fe：0.8～1.0wt％；ti：0.09～0.12wt％；b：0.30～0.35wt％；o：≤0.04wt％；cu为余量。

2.根据权利要求1所述的一种利用铜基合金粉末和激光熔覆工艺降低无油润滑轴承孔隙率的方法，其特征在于：激光熔覆技术所用铜基合金粉末的组成成分中，sn为11.3～11.5wt％，ni为2.30～2.40wt％。

3.根据权利要求2所述的一种利用铜基合金粉末和激光熔覆工艺降低无油润滑轴承孔隙率的方法，其特征在于：激光熔覆工艺所用工艺参数中，选用功率为9000～10000w的光纤激光器，功率密度为160～312w/mm2。

4.根据权利要求3所述的一种利用铜基合金粉末和激光熔覆工艺降低无油润滑轴承孔隙率的方法，其特征在于：激光熔覆工艺所用工艺参数中，选用线速度为25～30mm/s。

5.根据权利要求4所述的一种利用铜基合金粉末和激光熔覆工艺降低无油润滑轴承孔隙率的方法，其特征在于：搭接为光斑长度方向的45～50％，熔覆单边厚度1.8～2.2mm。

6.根据权利要求5所述的一种利用铜基合金粉末和激光熔覆工艺降低无油润滑轴承孔隙率的方法，其特征在于：激光熔覆工艺所用工艺参数中，设置氩气保护，保护激光熔池的氩气流量为20～25l/min。

7.根据权利要求2所述的一种利用铜基合金粉末和激光熔覆工艺降低无油润滑轴承孔隙率的方法，其特征在于：采用连续螺旋搭接的方式在无油润滑轴承的基材表面进行激光熔覆作业。

技术总结本发明公开一种利用铜基合金粉末和激光熔覆工艺降低无油润滑轴承孔隙率的方法，所述激光熔覆技术所用合金粉末的组成成分为：Sn：11.3～11.5wt％；Ni：2.30～2.40wt％；Fe：0.8～1.0wt％；Ti：0.09～0.12wt％；B：0.30～0.35wt％；O：≤0.04wt％；Cu为余量。其优势主要体现在铜合金熔覆层的孔隙率控制在0.2％以内；剪切强度高于行业要求的230MPa；合金粉末的原材料成本是标准CuSn12Ni2合金的95％；制粉工艺成本与现有技术相当；激光熔覆的效率比现有技术快15％。技术研发人员：黄圣坤,曹伟业受保护的技术使用者：湖南瑞华新材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13