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一、巴氏合金介紹
巴氏合金由美國人巴比特發(fā)明，又稱白合金。巴氏合金的主要成分為：錫、鉛、銻、銅，銻、銅用以提高合金的強度和硬度。因其有良好的耐磨性、導(dǎo)熱性以及特殊的組織結(jié)構(gòu)有利于減少摩擦，從而廣泛用于大型機械的主軸軸瓦、軸套。巴氏合金是最廣為人知的軸承材料，其應(yīng)用可以追溯到工業(yè)革命時代。
輝銳自主研發(fā)制造的激光熔覆設(shè)備，以及配套開發(fā)的工藝技術(shù)，可以有效制備巴氏合金，且性能均優(yōu)于澆鑄、焊接等傳統(tǒng)工藝方法，達到近乎理想的工藝狀態(tài)，為巴氏合金軸襯直接成型、局部修復(fù)提供新的完美解決方案。
二、巴氏合金的組織特點
1）軟相基體上均勻分布著硬相質(zhì)點；
2）軟相基體使巴氏合金具有非常好的嵌藏性、順應(yīng)性和抗咬合性；
3）在磨合后，軟相基體內(nèi)凹，硬質(zhì)點外凸，使滑動面之間形成微小間隙，成為存油空間和潤滑油通道，利于減摩，上凸的硬質(zhì)點起支撐作用，有利于承載；
三、巴氏合金常用加工方式的不足
巴氏合金主要分為：錫基巴氏合金和鉛基巴氏合金兩類。
錫基巴氏合金以錫-銻-銅-三元系合金應(yīng)用最廣泛，其代表性的合金牌號有ZSnSb4Cu4、ZSnSb8Cu4、和ZSnSb11Cu6。
鉛基巴氏合金的強度和硬度比錫基巴氏合金低，耐蝕性也較差，但其經(jīng)濟性比錫基巴氏合金更好。其常用的牌號有ZPbSb16Sn16Cu2、ZPbSb16Sn1As1、ZPbSb10Sn6等。
圖 1 澆鑄巴氏合金
澆鑄是巴氏合金常用的加工方式，通過底板清理，掛錫打底，巴氏合金熔煉，澆鑄，冷卻，可在底板上得到具有軸承襯的軸瓦。澆鑄工藝經(jīng)過多年發(fā)展，已經(jīng)非常成熟，但由于工藝原理本身的特性，依然存在以下問題：
(1)成型過程繁雜，不易控制，質(zhì)量不穩(wěn)定；
(2)結(jié)合力差，易出現(xiàn)脫殼缺陷；
(3)組織粗大，容易出現(xiàn)縮松縮孔、砂眼等缺陷；
(4)成分偏析，性能均勻性不好；
(5)生產(chǎn)過程對人的依賴性高，勞動環(huán)境差。?
圖 2 澆鑄巴氏合金層從鋼坯脫落，暴露縮孔缺陷
四、激光巴氏合金的技術(shù)優(yōu)勢
圖 3 激光熔覆原理圖
激光熔覆技術(shù)（Laser Cladding）是以激光為熱源，在激光束照射下，將熔覆粉末（金屬、陶瓷粉末等）與基體表面迅速加熱并熔化，光束移開后自冷卻的一種增材制造方法。與傳統(tǒng)的增材技術(shù)相比，激光熔覆技術(shù)具有以下特點：
１）適用材料體系廣泛，可以對各種金屬和陶瓷材料等進行激光熔覆；
２）可依據(jù)使用性能要求，進行涂層材料成分選擇和設(shè)計；
３）涂層稀釋率低，能保持原始材料的優(yōu)異性能；
４）涂層組織細小致密，與基材冶金結(jié)合；
５）涂層厚度可調(diào)范圍大，易于控制，且工藝靈活，易于實現(xiàn)自動化；
６）可進行選區(qū)局部加工處理；?
利用激光熔覆技術(shù)對巴氏合金進行加工成型，能徹底解決巴氏合金脫殼的問題，巴氏合金組織細小，性能優(yōu)異。通過系統(tǒng)研究，輝銳已掌握激光熔覆巴氏合金的關(guān)鍵技術(shù)，一次成型合格率100%，并成功工業(yè)應(yīng)用，使用性能穩(wěn)定可靠。
五、巴氏合金的實際案例
(1) 錫基巴氏合金應(yīng)用案例1
圖４中瓦類零件為發(fā)電設(shè)備安全運行的關(guān)鍵設(shè)備，由于工件面積大，澆鑄過程中極易出現(xiàn)縮松縮孔缺陷情況，經(jīng)長時間使用磨損，減薄，縮松縮孔缺陷易暴露于工件表面，造成摩擦力增大，嚴(yán)重會引起燒瓦停機。為排除以上隱患，避免重大經(jīng)濟損失，提高其使用穩(wěn)定性和質(zhì)量，延長使用壽命，我司對其瓦進行激光熔覆再制造，重新在鋼坯表面制備了合金層。
修復(fù)后經(jīng)相關(guān)技術(shù)手段檢測，巴氏合金組織致密，性能優(yōu)異穩(wěn)定，與鋼坯100%結(jié)合，且呈冶金結(jié)合，成功恢復(fù)并提高了工件的使用性能。?
工件磨損后的巴氏合金層
澆鑄巴氏合金層機加去除
激光熔覆制備巴氏合金層
鋼坯表面激光熔覆再制造巴氏合金層
機加恢復(fù)尺寸
圖 4 激光熔覆技術(shù)再制造瓦類零件巴氏合金
圖 5 激光熔覆錫基巴氏合金金相圖
激光熔覆錫基巴氏合金金相組織中，黑色物質(zhì)為錫基α固溶體基體，其中均勻分布有白色方塊狀、三角形或多邊形的錫銻化合物和白色形狀或針狀或點狀的銅錫化合物，從中可以看出白色組織細小均勻，最大線長度不超過20μm。巴氏合金與基體冶金結(jié)合，無任何冶金缺陷。
(2) 錫基巴氏合金應(yīng)用案例2
圖中所示為某壓縮機重要零件，其材質(zhì)為灰鐵材質(zhì)，兩圓弧面為巴氏合金面。原巴氏合金制備方法為人工焊接，但基材焊接性能較差，焊接成型的巴氏合金組織粗大，成分偏析嚴(yán)重，且與基體結(jié)合差，成型后的巴氏合金易出現(xiàn)剝落，且焊接過程由操作人員手工完成，勞動環(huán)境惡劣，勞動強度大，焊接成型的巴氏合金外形尺寸不易控制。
圖 6 灰鐵材料表面激光熔錫基巴氏合金
我公司通過工藝開發(fā)，采用激光熔覆技術(shù)，克服灰鐵焊接性能差的問題，成功在其表面制備巴氏合金層，
巴氏合金層組織均勻，無任何冶金缺陷出現(xiàn)，與灰鐵基體冶金結(jié)合，結(jié)合牢固可靠，成型尺寸均勻可控，完全解決原人工焊接工藝方法存在的問題，且整個成型過程通過機械手臂自動完成，解放人工勞動，操作環(huán)境大大改善。
圖 7 激光熔覆錫巴氏合金金相圖
激光熔覆錫基巴氏合金金相組織中，黑色α錫基固溶體基體中均勻分布有白色形狀或針狀或點狀的銅錫化合物，銅錫化合物數(shù)量增加有利于提高巴氏合金的硬度。?
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