[0001] 本发明涉及轴承用铝合金，尤其是一种低摩滑动轴承用铝合金及其制备方法。

[0002] 滑动轴承由轴承体和轴瓦组成，主要用于支承旋转轴或其他运动体，引导转动或移动运动并承受由轴或轴上零件传递而来的载荷。多应用在高速、重载、要求剖分结构等场合中，如汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机。在低速重载、冲击载荷较大的传动装备中，如冲压机械，农业机械和起重机设备，且径向尺寸受限制时，如多辊轧钢机也多使用滑动轴承。耐磨性是评价滑动轴承的一个重要性能指标，目前工业上多采用硬基体软质点方法来增强耐磨性，即在较硬的铝的固溶体基体上分布硬脆的共晶化合物。这些硬脆相易从铝基体上脱落下来，成为磨粒，划伤和磨损轴颈。合金化是改善铝锡合金摩擦性能的主要方法之一，添加不固溶或有限固溶的合金元素，如锡、铅、锌和硅等，该些合金化元素的硬度较低，摩擦过程中依靠自身的塑形变形可避免硬质相对轴颈的磨损，但其摩擦系数仍然较大。为了进一步提高铝合金轴承合金的综合性能，国内外研究人员进行了大量研究。

[0003] 稀土元素具有高强度、良好的导热性和机械性能，在铝合金中固溶度较低，引起稀土溶质在固液界面富集，抑制晶粒生长。如添加Er和Zr可以提高Al‑Sn合金的耐磨性和硬度，随载荷的增加，磨损机制从磨粒磨损、轻度粘着磨损和轻微分层磨损转变为严重粘着磨损和分层磨损。借助于电磁搅拌工艺制备的稀土La强化Al‑Sn合金的摩擦系数曲线波动变小，磨损面形成光滑连续氧化膜，起到自润滑作用，其平均摩擦系数降为0.312，磨损体积降3
为0.1168mm。添加低熔点组元Bi后，合金中出现球状富Bi相，合金抗咬合能力明显提升，且在磨损表面发现带状富Bi相涂覆在磨损表面，起到减摩自润滑作用。上述措施在一定程度上提高了铝合金滑动轴承的耐磨性，然而单一的硬质稀土合金元素或软质金属元素仍存在与轴颈处的硬或软接触，导致其摩擦系数仍然较高，故开发低摩滑动轴承用铝合金能有效解决上述关键技术难题。

[0029] 下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

[0030] 实施例1

[0031] 本发明所述的一种低摩滑动轴承用铝合金，包括基体、原位形成的具有自润滑功能的Ag、CaF2和AlN；所述的Ag在高能激光束作用下，由铝包覆Ca3N2/AgF混合粉末中的AgF分解而成；CaF2和AlN是在高能激光束作用下，由铝包覆Ca3N2/AgF混合粉末分解产生的F、Ca、N以及包覆的铝通过原位反应而成。

[0032] 本发明所述的低摩滑动轴承用铝合金的制备方法，包括以下步骤：

[0033] (1)在惰性氩气保护环境下，将质量比为1:1.5的Ca3N2与AgF粉末经5℃低温球磨混合后获得混合粉末。

[0034] (2)采用压力为1.5MPa冷喷涂工艺，在步骤(1)所述Ca3N2/AgF混合粉末表面沉积5min铝层，获得铝包覆Ca3N2/AgF混合粉末。

[0035] (3)在惰性氩气保护环境下，将步骤(2)所述铝包覆Ca3N2/AgF混合粉末与Al‑Sn合金粉末按1:19的质量比进行球磨混合，获得铝合金复合材料粉末。

[0036] (4)采用扫描功率为325W的高能激光束对步骤(3)中铝合金复合材料粉末进行高温扫略，促使熔点较低的AgF、Ca3N2依次分解成Ag、F、Ca和N元素，在高温诱导下F/Ca、N/Al间原位形成CaF2和AlN，获得具有自润滑功能的Ag、CaF2和AlN增强的滑动轴承用铝合金。

[0037] 图1为实施例1制得的低摩滑动轴承用铝合金的显微组织图，其中，1为CaF2相，2为Ag相，3为AlN相。从图1可发现原位形成的细长状自润滑相CaF2、颗粒状AlN以及树枝状单质Ag相，还可发现该三种自润滑相与铝合金基体间无明显冶金缺陷，具有良好的界面结合性能。

[0038] 实施例2

[0039] 本实施例与实施例1相同之处不再赘述，区别是：步骤(3)中铝合金为Al‑Si，Ca3N2/AgF混合粉末与铝合金粉末的质量比1:10。

[0040] 实施例3

[0041] 本实施例与实施例2相同之处不再赘述，区别是：将步骤(2)中压力设置为2.0MPa。

[0042] 实施例4

[0043] 本实施例与实施例3相同之处不再赘述，区别是：步骤(3)中Ca3N2/AgF混合粉末与铝合金粉末的质量比1:4，步骤(4)中高能激光束的扫描功率为400W。

[0044] 本发明中摩擦系数的测试方法如下：在50N的正压力、GCr15为摩擦副、干摩擦条件下进行微动摩擦120min。

[0045] 图2为实施例4所制得的低摩滑动轴承用铝合金的摩擦系数随时间变化示意图，可以看出，在整个过程中，摩擦系数变化不大，约为0.11，说明本方法制备的铝合金的摩擦系数较稳定。而现有技术中，在干摩擦条件下测得的Al‑Sn‑Si轴承合金的摩擦系数约为0.33(舒小飞.添加Si对机械合金化Al‑Sn系轴承合金的组织结构及性能影响[D].华南理工大学,2012.)。本发明制得的低摩滑动轴承用铝合金的摩擦系数仅是现有技术的三分之一，说明自润滑相CaF2、AlN以及Ag相的原位形成能显著降低滑动轴承铝合金的摩擦系数。

[0046] 对比例1

[0047] 本实施例与实施例1相同之处不再赘述，区别是：不采用步骤(1)中Ca3N2与AgF粉，仅采用Al‑Sn合金粉末，直接高能激光束制备滑动轴承用铝合金。

[0048] 对比例2

[0049] 本实施例与实施例1相同之处不再赘述，区别是：不采用步骤(2)中铝包覆Ca3N2/AgF混合粉末，仅采用Ca3N2、AgF与Al‑Sn合金粉末，直接高能激光束制备滑动轴承用铝合金。

[0050] 对比例1制得的铝合金并未形成自润滑功能相，其摩擦系数约为0.31，约为本方法制备的低摩滑动轴承铝合金的摩擦系数的两倍。对比例2制得的铝合金仅含有Ag和CaF2两种润滑相，其摩擦系数约为0.23，仍高于本方法制备的低摩滑动轴承铝合金的摩擦系数。说明本申请中所制得的低摩滑动轴承铝合金中原位形成的CaF2、AlN以及Ag三种自润滑功能相在摩擦过程中能有效减轻软金属Sn的剪切变形和粘附，进而降低摩擦系数，进一步证明本方法中原位形成自润滑相能显著降低滑动轴承铝合金的摩擦系数。

[0051] 图3为实施例1、2、3及对比例1制得的滑动轴承用铝合金的摩擦系数对比图。可发现，实施例1、2和3所制备的滑动轴承用铝合金的摩擦系数均低于0.18，远低于单一Al‑Sn合金的摩擦系数(约0.31)，并且低于仅含有Ag和CaF2两种润滑相的铝合金的摩擦系数(约0.23)，说明本方法能有效降低滑动轴承用铝合金的摩擦系数。