一、巴氏合金介绍

　　巴氏合金由美国人巴比特发明，又称白合金。巴氏合金的主要成分为：锡、铅、锑、铜，锑、铜用以提高合金的强度和硬度。因其有良好的耐磨性、导热性以及特殊的组织结构有利于减少摩擦，从而广泛用于大型机械的主轴轴瓦、轴套。巴氏合金是最广为人知的轴承材料，其应用可以追溯到工业革命时代。

　　辉锐自主研发制造的激光熔覆设备，以及配套开发的工艺技术，可以有效制备巴氏合金，且性能均优于浇铸、焊接等传统工艺方法，达到近乎理想的工艺状态，为巴氏合金轴衬直接成型、局部修复提供新的完美解决方案。

二、巴氏合金的组织特点

1）软相基体上均匀分布着硬相质点；

2）软相基体使巴氏合金具有非常好的嵌藏性、顺应性和抗咬合性；

3）在磨合后，软相基体内凹，硬质点外凸，使滑动面之间形成微小间隙，成为存油空间和润滑油通道，利于减摩，上凸的硬质点起支撑作用，有利于承载；

三、巴氏合金常用加工方式的不足

巴氏合金主要分为：锡基巴氏合金和铅基巴氏合金两类。

锡基巴氏合金以锡-锑-铜-三元系合金应用最广泛，其代表性的合金牌号有ZSnSb4Cu4、ZSnSb8Cu4、和ZSnSb11Cu6。

铅基巴氏合金的强度和硬度比锡基巴氏合金低，耐蚀性也较差，但其经济性比锡基巴氏合金更好。其常用的牌号有ZPbSb16Sn16Cu2、ZPbSb16Sn1As1、ZPbSb10Sn6等。

图 1  浇铸巴氏合金

浇铸是巴氏合金常用的加工方式，通过底板清理，挂锡打底，巴氏合金熔炼，浇铸，冷却，可在底板上得到具有轴承衬的轴瓦。浇铸工艺经过多年发展，已经非常成熟，但由于工艺原理本身的特性，依然存在以下问题：

(1)成型过程繁杂，不易控制，质量不稳定；

(2)结合力差，易出现脱壳缺陷；

(3)组织粗大，容易出现缩松缩孔、砂眼等缺陷；

(4)成分偏析，性能均匀性不好；

(5)生产过程对人的依赖性高，劳动环境差。‍

图 2  浇铸巴氏合金层从钢坯脱落，暴露缩孔缺陷

四、激光巴氏合金的技术优势

图 3  激光熔覆原理图

激光熔覆技术（Laser Cladding）是以激光为热源，在激光束照射下，将熔覆粉末（金属、陶瓷粉末等）与基体表面迅速加热并熔化，光束移开后自冷却的一种增材制造方法。与传统的增材技术相比，激光熔覆技术具有以下特点：

１）适用材料体系广泛，可以对各种金属和陶瓷材料等进行激光熔覆；

２）可依据使用性能要求，进行涂层材料成分选择和设计；

３）涂层稀释率低，能保持原始材料的优异性能；

４）涂层组织细小致密，与基材冶金结合；

５）涂层厚度可调范围大，易于控制，且工艺灵活，易于实现自动化；

６）可进行选区局部加工处理；‍

利用激光熔覆技术对巴氏合金进行加工成型，能彻底解决巴氏合金脱壳的问题，巴氏合金组织细小，性能优异。通过系统研究，辉锐已掌握激光熔覆巴氏合金的关键技术，一次成型合格率100%，并成功工业应用，使用性能稳定可靠。

五、巴氏合金的实际案例

(1) 锡基巴氏合金应用案例1

　　图４中瓦类零件为发电设备安全运行的关键设备，由于工件面积大，浇铸过程中极易出现缩松缩孔缺陷情况，经长时间使用磨损，减薄，缩松缩孔缺陷易暴露于工件表面，造成摩擦力增大，严重会引起烧瓦停机。为排除以上隐患，避免重大经济损失，提高其使用稳定性和质量，延长使用寿命，我司对其瓦进行激光熔覆再制造，重新在钢坯表面制备了合金层。

　　修复后经相关技术手段检测，巴氏合金组织致密，性能优异稳定，与钢坯100%结合，且呈冶金结合，成功恢复并提高了工件的使用性能。‍

工件磨损后的巴氏合金层

浇铸巴氏合金层机加去除

激光熔覆制备巴氏合金层

钢坯表面激光熔覆再制造巴氏合金层

机加恢复尺寸

图 4  激光熔覆技术再制造瓦类零件巴氏合金

图 5  激光熔覆锡基巴氏合金金相图

　　激光熔覆锡基巴氏合金金相组织中，黑色物质为锡基α固溶体基体，其中均匀分布有白色方块状、三角形或多边形的锡锑化合物和白色形状或针状或点状的铜锡化合物，从中可以看出白色组织细小均匀，最大线长度不超过20μm。巴氏合金与基体冶金结合，无任何冶金缺陷。

(2) 锡基巴氏合金应用案例2

　　图中所示为某压缩机重要零件，其材质为灰铁材质，两圆弧面为巴氏合金面。原巴氏合金制备方法为人工焊接，但基材焊接性能较差，焊接成型的巴氏合金组织粗大，成分偏析严重，且与基体结合差，成型后的巴氏合金易出现剥落，且焊接过程由操作人员手工完成，劳动环境恶劣，劳动强度大，焊接成型的巴氏合金外形尺寸不易控制。

图 6  灰铁材料表面激光熔锡基巴氏合金

　　我公司通过工艺开发，采用激光熔覆技术，克服灰铁焊接性能差的问题，成功在其表面制备巴氏合金层， 巴氏合金层组织均匀，无任何冶金缺陷出现，与灰铁基体冶金结合，结合牢固可靠，成型尺寸均匀可控，完全解决原人工焊接工艺方法存在的问题，且整个成型过程通过机械手臂自动完成，解放人工劳动，操作环境大大改善。

图 7  激光熔覆锡巴氏合金金相图

　　激光熔覆锡基巴氏合金金相组织中，黑色α锡基固溶体基体中均匀分布有白色形状或针状或点状的铜锡化合物，铜锡化合物数量增加有利于提高巴氏合金的硬度。‍