CN101705402A - 铝基轴承合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种成本低而轴承性能良好的铝基轴承合金及其制备方法，该方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该铝基轴承合金中的各组分的质量百分含量为：Al：70-80％、Mg：4-6％、Sn：1-3％、Si：2-3％、V：0.001-0.005％、Gd 0.005-0.03％、其余为Zn。制备方法包括以下步骤：1)配料；2)在坩埚放入上述配料中Al锭的一半，然后放入其它金属，最后把剩余的Al锭放入，加热熔化；3)加热温度升至700-720℃时，加入占原料总质量0.5-2％的复合处理剂，在720℃时保温5-10分钟；4)先将钢锭模预热至140-160℃，将合金溶液浇注至钢锭模内，冷却至室温，即得。

Description

铝基轴承合金及其制备方法

一、技术领域：

本发明涉及一种铝基轴承合金，具体涉及一种无机团粒增强的铝基轴承合金，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铝基轴承合金。

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

一种铝基轴承合金，其特征在于，该铝基轴承合金中的各组分的质量百分含量为：Al：70-80％、Mg：4-6％、Sn：1-3％、Si：2-3％、V：0.001-0.005％、Gd：0.005-0.03％、其余为Zn；该铝基轴承合金中的基体上分布有细小的由Si、Sn V和Mg组成的团状化合物相。

本发明的铝基轴承合金的制备方法，包括以下步骤：

1)将纯Al锭、纯Mg锭、纯Si块、纯Sn条、纯V粉、纯Gd块、纯Zn锭按铝基轴承合金中各成份的质量百分含量进行配料：Al：70-80％、Mg：4-6％、Sn：1-3％、Si：2-3％、V：0.001-0.005％、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Mg锭、纯Sn条、纯Gd块、纯V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；其中复合处理剂中各成分的质量比为：氟化钾∶氯化钠∶氯化钡∶氯化铈∶氯化锌＝1∶1.5∶0.3∶(0.3-0.4)∶(0.4-0.6)；

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

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的铝基轴承合金中填加的Mg、Zn、Si、V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Mg和Si、Sn及V经过化合而原位形成MgSiSnV团状化合物相。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MgSiSnV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、同时铝基轴承合金中填加的Mg、Zn、Sn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铝基轴承合金的金相组织。

由图中可见，白色的MgSiSnV团状化合物相弥散分布在基体中。

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：

铝基轴承合金的制备：

1)取纯Al锭、纯Mg锭、纯Si块、纯Sn条、纯V粉、纯Gd块、纯Zn锭，按Al：70份、Mg：4份、Sn：1份、Si：2份、V：0.005份、Gd：0.005份、Zn：22.99份进行配；

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Mg锭、纯Sn条、纯Gd块、纯V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；其中复合处理剂中各成分的质量比为：氟化钾∶氯化钠∶氯化钡∶氯化铈∶氯化锌＝1∶1.5∶0.3∶0.3∶0.4；

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

实施例二：

铝基轴承合金的制备：

1)取纯Al锭、纯Mg锭、纯Si块、纯Sn条、纯V粉、纯Gd块、纯Zn锭，按Al：80份、Mg：6份、Sn：3份、Si：3份、Gd：0.03份、V：0.001份、Zn：7.969份进行配；

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Mg锭、纯Sn条、纯Gd块、纯V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；其中复合处理剂中各成分的质量比为：氟化钾∶氯化钠∶氯化钡∶氯化铈∶氯化锌＝1∶1.5∶0.3∶0.4∶0.6；

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

实施例三：

铝基轴承合金的制备：

1)取纯Al锭、纯Mg锭、纯Si块、纯Sn条、纯V粉、纯Gd块、纯Zn锭，按Al：70份、Mg：6份、Sn：1份、Si：3份、V：0.005份、Gd：0.005份、Zn：19.990份进行配；

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Mg锭、纯Sn条、纯Gd块、纯V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1.5份的复合处理剂，在720℃时保温5-10分钟；其中复合处理剂中各成分的质量比为：氟化钾∶氯化钠∶氯化钡∶氯化铈∶氯化锌＝1∶1.5∶0.3∶0.35∶0.5；

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

实施例四：

铝基轴承合金的制备：

取纯Al锭、纯Mg锭、纯Si块、纯Sn条、纯Gd块、纯V粉、纯Zn锭，按Al：75份、Mg：5份、Sn：2份、Si：3份、Gd：0.008份、V：0.002份、Zn：14.990份进行配；其它制备过程同实施例一。

实施例五：

铝基轴承合金的制备：

取纯Al锭、纯Mg锭、纯Si块、纯Sn条、纯Gd块、纯V粉、纯Zn锭，按Al：70份、Mg：5份、Sn：3份、Si：2份、Gd：0.01份、V：0.002份、Zn：19.988份进行配；其它制备过程同实施例一。制得的铝基轴承合金的金相组织如图1所示，由图中可见，白色的细小MgSiSnV团状化合物相弥散分布在基体中。

实验数据

下表为不同成份的铝基轴承合金的指标参数，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。

材料编号	成分(质量百分含量)	硬度/HB	抗拉强度/N/mm2	伸长率/％
					对比材料CN200610051673.5	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：0.4-0.7。	49-55	130-137	6-11

材料编号	成分(质量百分含量)	硬度/HB	抗拉强度/N/mm2	伸长率/％
					产品1	如实施例一得到的产品	118	268	15
产品2	如实施例二得到的产品	125	280	12
					产品3	如实施例三得到的产品	120	275	13
产品4	如实施例四得到的产品	121	274	13

由上表可见，对比材料仅具备了合金的基体作用，其抗拉强度和伸长率性等性能较差。

由产品1-产品4性能可见，本发明在颗粒增强铝基复合材料中加入Mg、Sn、Si、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。随上述元素含量升高而硬度提高，拉强度增大的原因是由于Mg、V和Sn、Si等形成硬质团状化合物相，该硬质团状化合物相不仅对材料的硬度有利，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。本发明的材料塑性的改善来自稀土Gd对Mg、Sn、Si、Gd、V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、V等元素会增大材料的脆性，反而降低材料的性能。

Claims (2)

1.一种铝基轴承合金，其特征在于，该铝基轴承合金中的各组分的质量百分含量为：Al：70-80％、Mg：4-6％、Sn：1-3％、Si：2-3％、V：0.001-0.005％、Gd：0.005-0.03％、其余为Zn；该铝基轴承合金中的基体上分布有细小的团状化合物相。

2.权利要求1所述铝基轴承合金的制备方法，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Gd块、纯V粉、纯Zn锭按铝基轴承合金中各成份的质量百分含量进行配料：Al：70-80％、Mg：4-6％、Sn：1-3％、Si：2-3％、Gd：0.005-0.03％、V：0.001-0.005％、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Mg锭、纯Sn条、纯Gd块、纯V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；其中复合处理剂中各成分的质量比为：氟化钾∶氯化钠∶氯化钡∶氯化铈∶氯化锌＝1∶1.5∶0.3∶(0.3-0.4)∶(0.4-0.6)；

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

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