铜锡包铁材料的研究与应用

　　摘　要：铜锡包铁粉材料代替铜锡粉材料，降低产品成本，性能优于传统铜包铁材料，可以用于高转速含油轴承等产品。
　　关键词：铜锡包铁；成本
　　目前粉末冶金含油轴承的材料，主要是铜锡粉、铁粉，铜铁混合粉和铜包铁粉。在铜价不断上涨的背景下，为了降低成本，迫切需要一种代替铜锡粉的材料。传统的铜包铁粉可以代替部分产品，但是使用效果并不理想。
　　铜包铁材料设计初衷是利用铜材料的柔软和较低的烧结温度，铁材料的廉价，让包覆在铁表面的铜参与烧结和摩擦。但是在实际使用中还有一定的缺点：
　　1）性能不佳：铜包铁材料制做的轴承，高转速场合寿命无法达到产品要求，只能用在低速低载的场合。
　　2）烧结温度偏高：铜包铁材料，烧结温度在850℃左右，实际生产中使用铜基烧结炉烧结，铜基烧结温度在750℃左右，和铜包铁烧结温度相差过大，调温浪费过高。由于铜包铁材料订单偏少，频繁调温浪费惊人。
　　原材料厂商新开发了铜锡包铁粉，和铜包铁粉相比，增加了金属锡的组分，经过试用，采用铜锡包铁粉制做的轴承，其寿命优于采用铜包铁粉制做的轴承，完全可以替代铜锡粉用于一般的轴承产品。认为其综合性能比铜包铁粉强，可以代替铜锡粉用于一般的轴承产品。 
　　一、材料成分、结构分析： 　　从化学成分可以看出，铜锡包铁粉铜锡的比例和常用的铜锡粉比例是相同的。铜锡包铁粉和铜包铁成分区别是增加了约2％的锡。正是锡的添加，对材料的性能起到了重要的改良作用。从以下示意图可以看出，铜锡包铁粉，可以认为是铜包铁粉表面增加了金属锡。 　　二、烧结原理分析：
　　铜包铁配方为90％铜包铁+10％铜锡粉，烧结时，添加的铜锡粉颗粒在850℃的高温下，向铜包铁颗粒扩散，留下的位置形成了孔洞，这在轴承结构上，是不希望见到的[1] [2]。
　　由于铜锡粉颗粒大，添加量小，并不能扩散到所有的铜包铁颗粒间。在850℃的温度下，铜包铁表面的铜并没有充分扩散。因而铜包铁颗粒间的结合并不牢固，在较大的载荷下很容易脱落。如果提高温度，铜包铁表面的铜又会发生迁移，露出铁颗粒，导致轴承性能的剧烈恶化。 　　铜锡包铁材料在烧结时，表面的锡促进了铜的充分扩散，故而颗粒间的结合牢固。由于锡是细微的颗粒，扩散后的位置没有形成明显的孔洞，不会对轴承结构产生负面影响[3]。同时，由于锡的存在，烧结温度大幅降低，在785℃时就可以获得良好的烧结性能。 　　三、轴承金相分析（X100）： 　　铜锡包铁粉材料颗粒均匀，没有大的孔洞出现，保证了承载面的面积和延续性。但是铜包铁材料出现了大的孔洞，影响了轴承的性能。 
　　四、实际运用：
　　在22Q0003A轴承上使用，装配后电机寿命达到技术要求（转速为10000转/分，要求寿命240h）。此类高转速轴承以往只能采用铜锡粉材料制做。
　　在14D0038，14D0039，14D0040等产品上使用，也达到了良好的效果。目前，新开发的产品已普遍采用此配方。 
　　五、结论：
　　采用铜锡包铁材料后，生产工序取得了良好的效益。
　　1）铜锡包铁配方单价比铜包铁配方单价每吨便宜4000元。降低了原材料成本。
　　2）在铜基烧结炉烧结，铜包铁配方与铜基烧结温度相差100℃。调温需要9个小时。而铜锡包铁配方与铜基烧结温度相差35℃，只需要2个小时。调温浪费的时间、能源大幅降低。符合节能减排的要求。
　　参考文献：
　　[1]韩凤麟，烧结金属含油轴承－－原理、设计、制造与应用，化学工业出版社
　　[2]徐润泽，粉末冶金结构材料学，中南工业大学出版社 
　　[3]韩凤麟，烧结金属含油轴承－－原理、设计、制造与应用，化学工业出版社