铜锡包铁材料的研究与应用

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： 以下为铜包铁、铜锡包铁粉的成分对比
是铜包铁粉表面增加了金属锡。
还原铁粉
表面包覆铜
表面包覆铜 添加的 锡颗粒
还原铁粉
铜包铁粉
铜锡包铁粉
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。
锡促进了铜的 扩散，颗粒结
铜锡包铁粉烧结后 合牢固
三、轴承金相分析（X100）：
铜锡包铁粉材料
铜包铁材料
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
铜含量
锡含量
铁含量
铜包铁
18～20％
不含
余量
铜锡包铁粉
18～20％
1.8～2.0％
余量
铜锡粉
89～91％
9～11％
不含
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
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
铜锡包铁材料的研究与应用
杨国峰
东睦(江门)粉末冶金有限公司
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。
铜锡粉
铜锡粉颗粒扩 散产生孔洞
烧结前
铜锡扩散至此， 颗粒结合牢固
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铜包铁粉
烧结后
铜锡未扩散至 此，颗粒结不 合牢固
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。