CN100400692C

CN100400692C - 一种锌铝基耐磨合金材料及制备

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Publication number: CN100400692C
Application number: CNB2006100388258A
Authority: CN
Inventors: 王玲; 赵浩峰
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2026-03-14
Also published as: CN1818115A

Abstract

本发明属于金属材料领域，涉及一种锌铝基硅相增强耐磨合金材料及其制备方法。该合金材料以锌铝合金为基体，并含有硅以及碲或镧，开花状硅相均匀分布在锌铝合金基体上，该形状硅相是在合金液体中自生形成的，硅相的微观形态为团状开裂多晶体，该合金材料的化学成分的重量百分含量：铝为40-50%，碲或镧为0.02-0.05%，硅为1.0-3.0%，其余为锌；合金的室温硬度为HB130-150。该合金材料无需外加陶瓷增强颗粒，制备工艺简单，能耗小，成本低，性能好。

Description

一种锌铝基耐磨合金材料及制备

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种锌铝基硅相增强耐磨合金材料及其制备方法。

技术背景

目前，锌铝合金主要作为耐磨减磨材料用于制造轴瓦、轴套等零件。CN1140766号专利针对一般锌铝合金的耐磨硬质点较少、耐磨性差、特别是合金的高温性能差、仅能在低于120℃温度下使用的缺点，设计了能在100℃以上一定范围内具有高抗拉强度、良好耐磨性能及低热膨胀系数的锌铝耐磨合金。这种合金的含铝量在22-32wt.％范围，并且含有一定量的铜、镁、钙、锆及铪元素。除此之外，还含有1.0-10.0wt.％的陶瓷颗粒。陶瓷材料可以是刚玉、碳化硅、硼砂及氧化锌中的一种或混合物。陶瓷颗粒在使用前需加热到900-1400℃高温焙烧，焙烧后的颗粒在加入合金液体前还需加热到550-850℃进行预热。陶瓷颗粒可用机械力或电磁力或超声波搅拌金属液加入。由此可见，这种方法的最大缺点是工艺操作比较复杂，需要通过搅拌等设施加入陶瓷颗粒，工作过程所需要消耗的能量较大，生产成本也较高。ZL00130713.4号专利针对这些缺点，提出在锌铝合金中原位形成团球硅相的方法，不仅降低了材料制备成本，也使锌基材料的耐磨性提高。但是，这种合金需要加入较多的处理剂，处理不好会造成铸件缺陷，同时由于硅含量较高而影响液态金属浇注时的流动性。

发明内容

本发明的目的就是针对上述问题，提供一种锌铝基耐磨合金材料，由于该合金材料中碲或镧元素的加入提高了基体的强度，开花状硅相的存在又增强其在基体的稳固性，从而使材料的耐磨性得到了较大的提高。

本发明的另一目的是提供该合金材料的制备方法，该制备方法不仅工艺简单，能耗小，而且生产成本低，适于工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种锌铝基耐磨合金材料，其特征在于该合金材料以锌铝合金为基体，并含有硅以及碲或镧元素，硅相呈开花状均匀分布在锌铝合金基体上，该形状硅相是在合金液体中自生形成的，硅相的微观形态为团状开裂多晶体，该合金材料的化学成分的重量百分含量：铝为40-50％，碲或镧为0.02-0.05％，硅为1.0-3.0％，其余为锌；合金的室温抗拉强度为420-440MPa，室温硬度为HB130-150，150℃时的抗拉强度为240-290MPa。

本发明的锌铝基耐磨合金材料的制备方法，其特征在于：将占原料总重(以下同)40-50％的纯铝锭、47-58％的纯锌锭、1.2-3.5％的结晶硅、0.025-0.060％的金属碲或镧熔融，形成锌、铝、硅以及碲或镧合金液；当合金液被加热到710-750℃时，将1.0-2.0％的金属盐复合处理剂用钟罩压入熔融合金液中，做适当搅动后，保温10-20分钟，使金液中带棱角而无规则形态的硅相变成开花状硅相，其耐磨增强相即在合金液体中自生形成。处理完毕后，合金液即可浇铸成相应铸件。其采用的金属盐复合处理剂的主要成分为NaF、Na₃AlF₆及NaCl或KCl，三者的重量比为(2-4)∶(0.5-1.5)∶(0.5-1.5)。

本发明的优点：

本发明研制的合金材料中硅相呈开花状(如图1所示)，开花状硅相的微观形态为团球开裂多晶体，而现有普通锌铝硅合金中的硅相呈带棱角而无规则形态，也有的合金材料中的硅相被处理成球状。本发明的合金材料中开花状硅相既不割裂基体，在摩擦过程中也不易脱落，从而使合金材料的耐磨性更好。本发明的合金材料相对于普通锌铝合金而言，基体中铝含量有所提高，同时又加入了碲或镧元素，这些对于基体起到了增强作用，使合金的室温强度、高温强度以及耐磨性均比相对应普通锌铝合金的高，适用性强。

本发明研制的合金材料不需要外加陶瓷颗粒，硬质硅相可在合金液中自生形成，而且合金处理剂加入量也较少，有利于液态金属浇注时的流动性，保证了铸件的良好成形。这样不仅解决了增强耐磨物质与合金基体的复合问题，也使材料制造变得十分简便，无需为外加耐磨陶瓷颗粒所需的一系列工艺工序及硬件装备。本发明的合金制备工艺简便，生产的合金材料性能好，而且生产成本低，非常便于工业化生产。

本发明研制的合金材料的可用于制造润滑条件不利造成局部高温时工作的减磨零件，如轴承、轴瓦及轴套等，性能稳固可靠。

附图说明

图1为本发明含开花状硅相的耐磨合金材料的金相组织图。

具体实施方式

本发明中所指原料总重指铝、锌、硅、碲或镧的总重量。

实施方式1：

将占原料总重(以下同)41％的纯铝锭、57.8％的纯锌锭、1.2％的结晶硅、0.025％的金属碲熔融，形成锌、铝、硅、碲合金液；当合金液被加热到710℃左右时，将为原料总重1.0％的金属盐复合处理剂用钟罩压入熔融合金液中，处理剂的主要成分为NaF、Na₃AlF₆及NaCl，三者的重量比为2∶1.5∶0.5。加入处理剂后，适当搅动合金液，保温12分钟左右即可，合金中带棱角而无规则形态的硅相变成开花状硅相(如图1所示)，其耐磨增强相即在合金液体中自生形成，处理完毕后，浇铸成相应铸件即成。处理后的锌铝硅碲合金材料的化学成分的重量百分含量为：铝41％，碲0.02％，硅1.0％，其余为锌。合金的室温抗拉强度为440Mpa，硬度为HB130，150℃时的抗拉强度为250MPa。

实施方式2：

将占原料总重(以下同)50％的纯铝锭、47.7％的纯锌锭、2.3％的结晶硅、0.035％的金属镧熔融，形成锌、铝、硅、镧合金液；当合金液被加热到750℃左右时，将为原料总重1.5％的金属盐复合处理剂用钟罩压入熔融合金液中，处理剂的主要成分为NaF、Na₃AlF₆及NaCl，三者的重量比为3∶1∶1。加入处理剂后，适当搅动合金液，保温20分钟即可，合金中带棱角而无规则形态的硅相变成开花状硅相，其耐磨增强相即在合金液体中自生形成，处理完毕后，浇铸成相应铸件即成。处理后的锌铝硅镧合金材料的化学成分的重量百分含为：铝50％，镧0.03％，硅2.0％，其余为锌。合金的室温抗拉强度为430Mpa，硬度为HB145，150℃时的抗拉强度为280MPa。

实施方式3：

将占原料总重(以下同)48％的纯铝锭、47％的纯锌锭、3.5％的结晶硅、0.025的金属碲熔融，形成锌、铝、硅、碲合金液；当合金液被加热到740℃左右时，将为原料总重2.0％的金属盐复合处理剂用钟罩压入熔融合金液中，处理剂的主要成分为NaF、Na₃AlF₆及KCl，三者的重量比为4∶0.5∶1.5。加入处理剂后，适当搅动合金液，保温15分钟即可，合金中带棱角而无规则形态的硅相变成开花状硅相，其耐磨增强相即在合金液体中自生形成，处理完毕后，浇铸成相应铸件即成。处理后的锌铝硅碲合金材料的化学成分的重量百分含为铝48％，碲0.02％，硅3.0％，其余为锌。合金的室温抗拉强度为420Mpa，硬度为HB150。150℃时的抗拉强度为290MPa。

实施方式4：

取45kg的纯铝锭、51.5kg的纯锌锭、3kg的结晶硅、0.06kg的金属碲，将结晶硅与金属碲放入坩埚底部，铝锭和锌锭入在结晶硅及金属碲上部，加热坩埚使其熔融，形成锌、铝、硅、碲合金液；当合金液被加热到730℃时，将2kg的金属盐复合处理剂用钟罩压入熔融合金液中，处理剂的主要成分为NaF、Na₃AlF₆及NaCl或KCl，三者的重量比为2∶1.5∶1。加入处理剂后，适当搅动合金液，保温18分钟左右即可，合金中带棱角而无规则形态的硅相变成开花状硅相，其耐磨增强相即在合金液体中自生形成，处理完毕后，浇铸成相应铸件即成。处理后的锌铝硅碲合金材料的化学成分的重量百分含为铝45％，碲0.05％，硅2.9％，其余为锌。合金的室温抗拉强度为420Mpa，硬度为HB145。150℃时的抗拉强度为285MPa。

Claims

1.一种锌铝基耐磨合金材料，其特征在于该合金材料以锌铝合金为基体，并含有硅以及碲或镧元素，硅相呈开花状均匀分布在锌铝合金基体上，该形状硅相是在合金液体中自生形成的，硅相的微观形态为团状开裂多晶体，该合金材料的化学成分的重量百分含量：铝为40-50％，碲或镧为0.02-0.05％，硅为1.0-3.0％，其余为锌；合金的室温抗拉强度为420-440MPa，室温硬度为HB130-150，150℃时的抗拉强度为240-290MPa。

2.制备权利要求1所述的锌铝基耐磨合金材料的方法，其特征在于：

将占原料总重(以下同)40-50％的纯铝锭、47-58％的纯锌锭、1.2-3.5％的结晶硅、0.025-0.060％的金属碲或镧熔融，形成锌、铝、硅以及碲或镧合金液；当合金液被加热到710-750℃时，将1.0-2.0％的金属盐复合处理剂用钟罩压入熔融合金液中，做适当搅动后，保温10-20分钟，浇铸成相应铸件；其采用的金属盐复合处理剂的主要成分为NaF、Na₃AlF₆及NaCl或KCl，三者的重量比为(2-4)∶(0.5-1.5)∶(0.5-1.5)。