電弧增材制造技術(shù)在滑動(dòng)軸承領(lǐng)域的應用（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)化應用以來(lái)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(zhù)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，近幾十年對錫基巴氏合金成分的優(yōu)化一直持續進(jìn)行。

文獻[21]在錫基巴氏合金( SnSb11Cu6)中添加微量的Ag, 結果表明Ag可提升軸瓦高溫抗蠕變性能。文獻[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，結果表明其耐沖擊性能為含Cd合金的2倍以上，原因為Cd雖可提高強度，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可提升高溫強度，達到替代Cd的目的。Cd在軟釬料領(lǐng)域曾廣泛使用，用于降低熔點(diǎn)，提高潤濕性，改善焊點(diǎn)質(zhì)量，隨著(zhù)無(wú)鉛化進(jìn)程，其因強烈毒性被嚴格限制使用。

為提升錫基巴氏合金的高溫強度，文獻[23]添加了微量的Ni，Mn，As，Si，Cd，Fe，Al，V和稀土，但未給出詳細添加作用說(shuō)明。文獻[24]研究在錫基巴氏合金中添加改良元素，結果表明：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，提高潤濕性和結合強度；添加Ni可改善鋪展性能并細化晶粒，提高結合強度和耐磨性。文獻[1]介紹了不同元素對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可細化晶粒,提高合金硬度、強度、耐疲勞性和耐磨性；As可細化合金晶粒，減少合金的偏析，提高合金硬度、強度和耐磨性；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材料可明顯提高耐磨性，但這2種材料的添加頗為復雜，需要鍍銅后通過(guò)粉末冶金方法加入。

2.2 錫基巴氏合金線(xiàn)材的制造水平現狀

目前國內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(xiàn)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(xiàn)坯→拉拔減徑。SnSb8Cu4的Sb，Cu含量不高，擠壓線(xiàn)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技術(shù)難以拉拔減徑。常規的擠壓技術(shù)難以避免擠壓鑄錠表面涂抹的潤滑脂和空氣進(jìn)人擠壓線(xiàn)坯內部，拉拔過(guò)程中出現油煙、炸火和飛濺物多等現象。拉絲模無(wú)法拉拔線(xiàn)徑較細的線(xiàn)材，或拉拔的線(xiàn)材斷后伸長(cháng)率幾乎為零，易折斷，無(wú)法連續正常進(jìn)行增材堆焊作業(yè)。

隨著(zhù)增材制造技術(shù)的推廣，對錫基巴氏合金線(xiàn)材需求量的不斷增加和要求的不斷提高，2010年以來(lái)，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(xiàn)材制作工藝。文獻[27]研究了定量澆鑄設備，用于制取擠壓用，錫基巴氏合金鑄錠，內在缺陷較少。文獻[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(guò)程夾雜油脂、空氣等缺陷，滿(mǎn)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(xiàn)徑拉拔難題，文獻[29-30]通過(guò)輥?？蓪⒕€(xiàn)坯拉拔到φ1.60mm左右，拉拔過(guò)程不再使用潤滑油脂，進(jìn)一步減少了線(xiàn)材使用過(guò)程中油煙的產(chǎn)生。目前，國內生產(chǎn)的錫基巴氏合金線(xiàn)材已能滿(mǎn)足國內市場(chǎng)需求，使用效果基本與國外同類(lèi)產(chǎn)品相似。

圖1 巴氏合金絲（來(lái)源百度百科）

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（來(lái)源：軸承雜志社）

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