CN101705396B - 铝基轴承复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种成本低而轴承性能良好的原位铝基轴承复合材料及其制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该复合材料料中的各组分的质量百分含量为：Al：70-80％、Mg：5-8％、Sn：1-3％、Si：2-4％、Cr：2-3％、Nd 0.005-0.03％、Gd 0.005-0.03％、其余为Zn。其制备方法包括以下步骤：1)配料；2)向坩埚填料，加热熔化；3)加热温度升至700-720℃时，加入复合处理剂，在720℃时保温5-10分钟；4)先将钢锭模预热至140-160℃，再步骤3)的合金溶液浇注至钢锭模内，冷却至室温，即得到铝基轴承复合材料。

Description

铝基轴承复合材料及其制备方法

一、技术领域：

本发明涉及一种铝基轴承复合材料，具体涉及一种无机化合物团粒增强的铝基轴承复合材料，属于材料加工技术领域。

二、背景技术：

当前应用的铝合金的硬度和耐磨性能基本能满足各类内燃机、压缩机、机械传动装置等对滑动轴承的要求，但由于轴承在工作的时候轴向压力和径向转动时所产生的摩擦力较大，铝合金的置换周期过短，因此，要研究出一种具有较高抗疲劳强度且性能良好的轴承材料是轴承的重要研究方向。

如一种铝锌合金轴瓦(内燃机配件杂志1992年第2期第7-11页)的化学成分组成为(重量百分比)：Zn：4.5-5.2、Si：1-2、Cu：0.9-1.2、Pb：0.6-1.9，其余为铝，所制得的合金硬度为48-58HB，承载力为50N/mm²，但这种合金的表面均需电镀一层铅锡或铅锡铜软金属，工艺难度大而复杂。又如名为滑动轴承用铝合金的中国专利(专利号为200610051673.5)，公开了一种滑动轴承用铝合金，其化学成分组成为(重量百分比)：Sn：5.0-8.0、Cu：1.5-2.5、Ni：0.6-1.9、Si：0.2-0.8、Fe：0.3-0.7、Mn：0.05-0.1、Mg：0.4-0.9、Ti：0.1-0.5、Zn：0.4-07，其余为铝。所得合金的硬度为49-55HB，抗拉强度为130-137N/mm²，伸长率为6-11，强度大于61N/mm²。该合金仅仅强调了合金的基体作用，材料的抗疲劳强度和抗咬合能力提高受到限制。

三、发明内容：

本发明的目的在于解决现有技术中的缺陷，提供一种成本低而轴承性能良好的原位铝基轴承复合材料。

本发明的另一目的是提供上述铝基轴承复合材料的制备方法，该工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

一种铝基轴承复合材料，其特征在于，该复合材料中的各组分的质量百分含量为：Al：70-80％、Mg：5-8％、Sn：1-2.95％、Si：2-4％、Cr：2-3％、Nd 0.005-0.03％、Gd 0.005-0.03％、其余为Zn。该复合材料中的铝基上分布有细小的由Al、Si、Sn、Cr和Mg组成的团状化合物相。

本发明铝基轴承复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将纯Al锭、纯Mg锭、纯Si块、纯Sn条、纯Cr粉、纯Nd块、纯Gd粉、纯Zn锭按复合材料中各成份的质量百分含量进行配料：Al：70-80％、Mg：5-8％、Sn：1-2.95％、Si：2-4％、Cr：2-3％、Nd 0.005-0.03％、Gd 0.005-0.03％、其余为Zn；

2)在坩埚底部先放入上述配料中Al锭的一半，然后依次再放入纯Si块、纯Cr粉、纯Mg锭、纯Sn条、纯Nd块、纯Gd粉、纯Zn锭，最后把剩余的Al锭放入，加热熔化；

3)加热温度升至700-720℃时，加入占步骤1)原料总质量0.5-2％的复合处理剂，在720℃时保温5-10分钟；其中复合处理剂的成分及其质量比为：氟化钾∶氯化钠∶氯化钡∶氯化铈∶氯化锌＝1∶2∶0.3∶(0.3-0.5)∶(0.4-0.7)；

4)先将钢锭模预热至140-160℃，再步骤3)的合金溶液浇注至钢锭模内，冷却至室温，即得到铝基轴承复合材料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的铝基轴承复合材料中填加的Mg、Zn、Si对Al具有固溶强化的作用，能提高材料的抗疲劳强度；

2、固溶度之外的Sn和Si、Cr及Mg经过化合而原位形成AlMgSiSnCr团状化合物相。Nd和Gd复合可以使AlMgSiSnCr团状化合物相变细小，通过复合处理剂的处理，团状化合物相的由不规则块状转变成硬质的团粒状，硬质的团粒状AlMgSiSnCr可有效提高材料的抗疲劳强度而不会破坏材料的塑性，并且能支撑载荷、保护基体和防止基体与摩擦副粘着；

3、同时复合材料中填加的Mg、Zn、Sn、Cr金属能提高材料对润滑油的亲油性。

4、本发明采用的复合处理剂具有聚渣、隔绝空气接触，防止金属氧化的作用。

四、附图说明：

图1中本发明实施例五制备的的铝基轴承复合材料金相组织。

由图中可见，白色的AlMgSiSnCr团状化合物相十分细小。

五、具体实施方式：

以下各实施例中的份数均为重量份。

实施例一：

铝基轴承复合材料的制备：

1)取纯Al锭、纯Mg锭、纯Si块、纯Cr粉、纯Sn条、纯Nd块、纯Gd粉、纯Zn锭，按Al：70份、Mg：5份、Sn：1份、Si：2份、Cr：2份、Nd：0.005份、Gd 0.005份、Zn 19.99份进行配料；

2)在坩埚底部先放入上述配料中Al锭的一半，然后依次再放入纯Si块、纯Cr粉、纯Mg锭、纯Sn条、纯Nd块、纯Gd粉、纯Zn锭，最后把剩余的Al锭放入，加热熔化；

3)加热温度升至700-720℃时，加入2份的复合处理剂，在720℃时保温5-10分钟；其中复合处理剂的成分及其质量比为：氟化钾∶氯化钠∶氯化钡∶氯化铈∶氯化锌＝1∶2∶0.3∶0.3∶0.4；

4)先将钢锭模预热至150℃，再步骤3)的合金溶液浇注至钢锭模内，冷却至室温，即得到铝基轴承复合材料。

实施例二：

铝基轴承复合材料的制备：

1)取纯Al锭、纯Mg锭、纯Si块、纯Cr粉、纯Sn条、纯Nd块、纯Gd粉、纯Zn锭，按Al：80份、Mg：8份、Sn：2.95份、Si：4份、Cr：3份、Nd：0.03份、Gd：0.03份、Zn：1.99份进行配料；

2)在坩埚底部先放入上述配料中Al锭的一半，然后依次再放入纯Si块、纯Cr粉、纯Mg锭、纯Sn条、纯Nd块、纯Gd粉、纯Zn锭，最后把剩余的Al锭放入，加热熔化；

3)加热温度升至700-720℃时，加入1份的复合处理剂，在720℃时保温5-10分钟；其中复合处理剂的成分及其质量比为：氟化钾∶氯化钠∶氯化钡∶氯化铈∶氯化锌＝1∶2∶0.3∶0.5∶0.7；

4)先将钢锭模预热至140℃，再步骤3)的合金溶液浇注至钢锭模内，冷却至室温，即得到铝基轴承复合材料。

实施例三：

铝基轴承复合材料的制备：

1)取纯Al锭、纯Mg锭、纯Si块、纯Cr粉、纯Sn条、纯Nd块、纯Gd粉、纯Zn锭，按Al：70份、Mg：8份、Sn：1份、Si：4份、Cr：2份、Nd：0.005份、Gd：0.03份、Zn：14.965份进行配料；

2)在坩埚底部先放入上述配料中Al锭的一半，然后依次再放入纯Si块、纯Cr粉、纯Mg锭、纯Sn条、纯Nd块、纯Gd粉、纯Zn锭，最后把剩余的Al锭放入，加热熔化；

3)加热温度升至700-720℃时，加入2份复合处理剂，在720℃时保温5-10分钟；其中复合处理剂的成分及其质量比为：氟化钾∶氯化钠∶氯化钡∶氯化铈∶氯化锌＝1∶2∶0.3∶(0.3-0.5)∶(0.4-0.7)；

4)先将钢锭模预热至160℃，再步骤3)的合金溶液浇注至钢锭模内，冷却至室温，即得到铝基轴承复合材料。

实施例四：

铝基轴承复合材料的制备：

取纯Al锭、纯Mg锭、纯Si块、纯Sn条、纯Cr粉、纯Nd块、纯Gd粉、纯Zn锭，按Al：75份、Mg：7份、Sn：2份、Si：3份、Cr：2份、Nd 0.009份、Gd：0.009份、Zn：10.982份进行配料；其它制备过程同实施例一。

实施例五：

铝基轴承复合材料的制备：

取纯Al锭、纯Mg锭、纯Si块、纯Sn条、纯Cr粉、纯Nd块、纯Gd粉、纯Zn锭，按Al：80份、Mg：5份、Sn：2.95份、Si：2份、Cr：2份、Nd：0.005份、Gd：0.005份、Zn：8.04份进行配料；其它制备过程同实施例一。制得的铝基轴承复合材料的金相组织如图1，由图中可见，白色的AlMgSiSnCr团状化合物相十分细小。

实验数据：

下表为不同成份的铝基轴承复合材料的指标参数，其中对比材料为CN200610051673.5，产品1-产品4为采用本发明技术所得到的产品。

合金编号	成分(质量百分含量)	硬度/HB	抗拉强度/N/mm2	伸长率/％
					对比合金CN200610051673.5	化学成分组成为(重量百分比)：Sn：5.0-8.0；Cu：1.5-2.5；	49-55	130-137	6-11

	Ni：0.6-1.9；Si：0.2-0.8；Fe：0.3-0.7；Mn：0.05-0.1；Mg：0.4-0.9；Ti：0.1-0.5；Zn：0.4-0.7。
					产品1	如实施例一得到的产品	121	270	13
产品2	如实施例二得到的产品	129	295	11
					产品3	如实施例三得到的产品	123	286	11
产品4	如实施例四得到的产品	125	288	12

由上表可见，颗粒增强铝基复合材料中加入Mg、Sn、Si、Cr、Gd等元素后，合金的硬度提高、抗拉强度增大，伸长率不降低，产品性能良好。随元素含量升高而硬度提高、抗拉强度增大的原因是Al、Mg和Sn、Si、Cr等形成硬质团状化合物相，不仅对材料的硬度有贡献，而且由于硬质团状化合物相对位错滑移的阻碍作用使材料强度提高。材料塑性的改善来自稀土Gd和Nd对Al、Mg、Sn、Si、Cr等形成硬质团状化合物相的细化作用，因此减小了对基体的割裂作用。Zn作为Al常用合金元素对材料起固溶强化的作用。过多的加入Mg、Sn、Si、Cr等元素会增大材料的脆性，反而降低材料的性能。

Claims (2)

1.一种铝基轴承复合材料，其特征在于，该复合材料中的各组分的质量百分含量为：Al：70-80％、Mg：5-8％、Sn：1-2.95％、Si：2-4％、Cr：2-3％、Nd 0.005-0.03％、Gd 0.005-0.03％、其余为Zn；该复合材料中的铝基上分布有细小的AlMgSiSnCr团状化合物相。

2.权利要求1所述铝基轴承复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将纯Al锭、纯Mg锭、纯Si块、纯Sn条、纯Cr粉、纯Nd块、纯Gd粉、纯Zn锭按复合材料中各成份的质量百分含量进行配料：Al：70-80％、Mg：5-8％、Sn：1-2.95％、Si：2-4％、Cr：2-3％、Nd 0.005-0.03％、Gd 0.005-0.03％、其余为Zn；

2)在坩埚底部先放入上述配料中Al锭的一半，然后依次再放入纯Si块、纯Cr粉、纯Mg锭、纯Sn条、纯Nd块、纯Gd粉、纯Zn锭，最后把剩余的Al锭放入，加热熔化；

3)加热温度升至700-720℃时，加入占步骤1)原料总质量0.5-2％的复合处理剂，在720℃时保温5-10分钟；其中复合处理剂的成分及其质量比为：氟化钾∶氯化钠∶氯化钡∶氯化铈∶氯化锌＝1∶2∶0.3∶(0.3-0.5)∶(0.4-0.7)；

4)先将钢锭模预热至140-160℃，再将步骤3)的合金溶液浇注至钢锭模内，冷却至室温，即得到铝基轴承复合材料。