電弧增材制造技術(shù)在滑動(dòng)軸承領(lǐng)域的應(yīng)用（2）

錫基巴氏合金以Sn，Sb，Cu為基體，作為軸瓦的減摩層材料，自工業(yè)化應(yīng)用以來有上百年的歷史，GB/T 8740—2013《 鑄造軸承合金錠》、GB/T 1174—1992《 鑄造軸承合金》和ASTM B23：2014“Standard Specification for White Metal Bearing Alloys"給出的通用成分要求均以Sn，Sb，Cu為主成分。隨著工業(yè)化的發(fā)展，軸瓦材料需適用于高速、重載和高溫工況，近幾十年對(duì)錫基巴氏合金成分的優(yōu)化一直持續(xù)進(jìn)行。

文獻(xiàn)[21]在錫基巴氏合金( SnSb11Cu6)中添加微量的Ag, 結(jié)果表明Ag可提升軸瓦高溫抗蠕變性能。文獻(xiàn)[22]在SnSb12Cu6中添加0.6%Zn和0.1%Ag，然后將制成的軸瓦在100℃下進(jìn)行耐沖擊試驗(yàn)，結(jié)果表明其耐沖擊性能為含Cd合金的2倍以上，原因?yàn)镃d雖可提高強(qiáng)度，但同時(shí)使合金脆化，降低了耐沖擊載荷；而添加適量的Zn和Ag可提升高溫強(qiáng)度，達(dá)到替代Cd的目的。Cd在軟釬料領(lǐng)域曾廣泛使用，用于降低熔點(diǎn)，提高潤(rùn)濕性，改善焊點(diǎn)質(zhì)量，隨著無鉛化進(jìn)程，其因強(qiáng)烈毒性被嚴(yán)格限制使用。

為提升錫基巴氏合金的高溫強(qiáng)度，文獻(xiàn)[23]添加了微量的Ni，Mn，As，Si，Cd，F(xiàn)e，Al，V和稀土，但未給出詳細(xì)添加作用說明。文獻(xiàn)[24]研究在錫基巴氏合金中添加改良元素，結(jié)果表明：添加Ga和P可起到抗氧化作用；添加In可降低熔點(diǎn)和表面張力，提高潤(rùn)濕性和結(jié)合強(qiáng)度；添加Ni可改善鋪展性能并細(xì)化晶粒，提高結(jié)合強(qiáng)度和耐磨性。文獻(xiàn)[1]介紹了不同元素對(duì)錫基巴氏合金的作用：Ni可減少成分偏析，但會(huì)降低合金流動(dòng)性；Cd可細(xì)化晶粒,提高合金硬度、強(qiáng)度、耐疲勞性和耐磨性；As可細(xì)化合金晶粒，減少合金的偏析，提高合金硬度、強(qiáng)度和耐磨性；適量的P可增加合金鑄造時(shí)流動(dòng)性；混合稀土可提高塑性和韌性；Bi，Pb和Fe為有害元素，應(yīng)控制其含量。

在錫基巴氏合金中添加短碳纖維或碳納米管作為錫基巴氏合金增強(qiáng)材料可明顯提高耐磨性，但這2種材料的添加頗為復(fù)雜，需要鍍銅后通過粉末冶金方法加入。

2.2 錫基巴氏合金線材的制造水平現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)軸瓦所用的錫基巴氏合金以鑄錠方式提供，而增材制造用的錫基巴氏合金為線材，一般沿用軟釬料制造技術(shù)制取，即合金配制→擠壓鑄錠制取→切除擠壓鑄錠澆鑄帽口和表皮→擠壓成線坯→拉拔減徑。SnSb8Cu4的Sb，Cu含量不高，擠壓線坯容易拉拔減徑，而SnSb8Cu8及其他Sb含量10%以上的錫基巴氏合金用常規(guī)技術(shù)難以拉拔減徑。常規(guī)的擠壓技術(shù)難以避免擠壓鑄錠表面涂抹的潤(rùn)滑脂和空氣進(jìn)人擠壓線坯內(nèi)部，拉拔過程中出現(xiàn)油煙、炸火和飛濺物多等現(xiàn)象。拉絲模無法拉拔線徑較細(xì)的線材，或拉拔的線材斷后伸長(zhǎng)率幾乎為零，易折斷，無法連續(xù)正常進(jìn)行增材堆焊作業(yè)。

隨著增材制造技術(shù)的推廣，對(duì)錫基巴氏合金線材需求量的不斷增加和要求的不斷提高，2010年以來，紹興市天龍錫材有限公司為配套摩根油膜軸承(上海)有限公司供應(yīng)商本地化的要求，率先研發(fā)了高質(zhì)量的錫基巴氏合金線材制作工藝。文獻(xiàn)[27]研究了定量澆鑄設(shè)備，用于制取擠壓用，錫基巴氏合金鑄錠，內(nèi)在缺陷較少。文獻(xiàn)[28]研究具有排氣、排油和擠壓鑄錠表皮自動(dòng)排出功能的擠壓模具，消除了鑄錠擠壓過程夾雜油脂、空氣等缺陷，滿足了低飛濺和低油煙的要求。為解決Sb含量較高的錫基巴氏合金線徑拉拔難題，文獻(xiàn)[29-30]通過輥?？蓪⒕€坯拉拔到φ1.60mm左右，拉拔過程不再使用潤(rùn)滑油脂，進(jìn)一步減少了線材使用過程中油煙的產(chǎn)生。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的錫基巴氏合金線材已能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求，使用效果基本與國(guó)外同類產(chǎn)品相似。

圖1 巴氏合金絲（來源百度百科）

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（來源：軸承雜志社）

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