CN101787467A

CN101787467A - 减摩耐磨锌铝基合金材料及制备方法

Info

Publication number: CN101787467A
Application number: CN201010112488A
Authority: CN
Inventors: 赵浩峰; 王玲
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Changshu Zijin Intellectual Property Service Co.,Ltd.
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2030-02-23
Also published as: CN101787467B

Abstract

本发明提供一种减摩耐磨锌铝基合金材料及其制备方法，该材料通过在基体中原位形成硬质铁铝镁铅硅化合物复合体，从而大大提高了合金的减摩性能和耐磨性能。该方法工艺简便，生产成本低，适于工业化生产。减摩耐磨锌铝基合金材料，该合金材料以锌铝合金为基体，在锌铝合金基体上均匀分布着细小的团状化合物复合体，该合金材料中各成分的重量百分含量：Al为26％～50％，Pb为6％～9.9％，Si为0.1％～1.2％，Mg为6％～9.9％，Fe为0.5％～2％，C为0.001％～0.01％，Dy为0.5％～1.5％，Gd为0.5％～1.5％，其余为Zn。

Description

减摩耐磨锌铝基合金材料及制备方法

一、技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种原位化合物复合体增强的减摩耐磨锌铝基合金材料及其制备方法。

二、背景技术

目前金属材料领域中，以锌铝合金作为耐磨材料受到了普遍重视。

CN86105274.7号发明专利申请为一种高铝锌基耐磨合金，是代替锡青铜，用于机械行业不同工况条件下工作的轴瓦、轴套、蜗轮等耐磨零件的合金材料。该合金的最佳成份配比(按重量％)分别为：锌53％，铝43％，铜3.5％，硅0.8％，镁0.03％。合金组织为软基体上分布着硬质点，使合金的耐磨性能大大提高，并且具有较高的强度和硬度。与锡青铜合金相比，该发明的锌基耐磨合金，以锌代铜，提高铝含量，使合金重量减轻1/2，成本降低50％，是滑动轴承理想的耐磨合金材料。该发明中因硅含量少，耐磨性能需要提高。

CN200810037801.X公开了一种高耐磨锌铝合金，其各成分Al 25-40％；Cu1-5％；Si 1-10％；余量为Zn。该发明的利用喷射成形和多道次累积变形热挤压法来实现普通铸造无法达到的硅颗粒的细小均匀分布，从而得到优良耐磨性能的Zn-Al-Cu-Si合金。这种材料中的含硅量增大。但是由于喷射成形方法的效率低，后续需要挤压加工，工艺要求严格，成本高，另外受到产品形状的限制。

三、发明内容

本发明针对上述技术缺陷，提供一种减摩耐磨锌铝基合金材料，该材料通过在基体中原位形成硬质铁铝镁铅硅化合物复合体，从而大大提高了合金的减摩性能和耐磨性能。

本发明的另一目的是提供上述合金材料的制备方法，该方法工艺简便，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：

一种减摩耐磨锌铝基合金材料，该合金材料以锌铝合金为基体，在锌铝合金基体上均匀分布着细小的团状化合物复合体，该合金材料中各成分的重量百分含量：Al为26％～50％，Pb为6％～9.9％，Si为0.1％～1.2％，Mg为6％～9.9％，Fe为0.5％～2％，C为0.001％～0.01％，Dy为0.5％～1.5％，Gd为0.5％～1.5％，其余为Zn。

该合金材料中还含有重量百分含量为0.5％～1.0％的Nd。

一种减摩耐磨锌铝基合金材料的制备方法，其制备过程如下：

先按照占原料总重26％～50％的Al，6％～9.9％的Pb，0.1％～1.2％的Si，6％～9.9％的Mg，0.5％～2％的Fe，0.001％～0.01％的C，0.5％～1.5％的Dy，0.5％～1.5％的Gd，其余为Zn进行配料；

然后将称好的全部纯Al锭、纯Mg锭、纯Zn锭、纯Pb锭、纯Fe块、纯Si块和碳粒置于加热容器内，硅块和碳粒的大小尺寸在2-4mm，当温度加热到680～700℃时形成锌、铝、铅、硅、镁、铁、碳合金液，此时将配好的纯稀土金属Dy、Gd用钟罩压入合金液中，稀土金属Dy、Gd颗粒尺寸为1-3mm；

继续将合金液加热到755～775℃时，保温10～15分钟，即可浇铸成相应铸件；形成的铸件置于70-60℃的热处理炉中保温0.4-0.8小时后，取出便得到减摩耐磨锌铝基合金材料。

上述步骤中还加入占原料总重为0.5％～1.0％的Nd，Nd的颗粒尺寸为1-3mm，并将Nd与Dy、Gd同时用钟罩压入合金液中。

本发明相比现有技术具有如下优点：

本发明的减摩耐磨锌铝基合金材料由于材料在合成过程中，铁和铝等反应易形成硬质的针状化合物，针状对基体的割裂破坏作用大，严重降低了合金的力学性能，稀土元素镝、钆和钕是表面活性元素，在铁铝化合物凝固长大过程中可以干扰物相的某一择优生长，抑制了针状铁铝化合物的形成。

镝可以和硅、铁形成化合物，钆可以和铁、铅及硅形成化合物。镝、钆形成的含硅铅化合物，与镁硅化合物、镁铅化合物、铁铝化合物等有很好的亲和作用，可以将合金中的镁硅化合物、镁铅化合物、铁铝化合物结合团聚形成团状的化合物复合体，分布在柔韧的基体固溶体中。

钕能使基体固溶体的晶粒变细小。在合金凝固时碳和铝形成的细小的质点，这些细小的质点成为固溶体和化合物复合体形核的核心，增加了固溶体和化合物粒子的数量，增大了化合物复合体的弥散程度，促使化合物复合体分布均匀；

本发明合金材料的锌铝基体中形成大量的团状化合物复合体，化合物复合体中耐磨性良好的镁硅化合物、铁铝化合物相间融于有减摩性能良好的镁铅化合物、稀土铁铅硅化合物中，这种细小的硬质化合物复合体又处于韧性固溶体包围中，因此起抗磨作用的化合物复合体在与配副的摩擦中不宜碎化脱落，因此该材料具有较高的减摩性能和很好的耐磨性。合金性能见表1。本发明研制的合金材料不需要外加陶瓷颗粒提高材料的耐磨性。

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。

四、附图说明

图1为本发明实施例九所得合金材料的金相组织。图中，黑色区的为固溶体枝晶，白色区为化合物复合体。

五、具体实施方式：

实施例一

先按照占原料总重：Al为26％，Pb为6％，Si为0.1％，Mg为6％，Fe为0.5％，C为0.001％，Dy为0.5％，Gd为0.5％，其余为Zn进行配料；

继续将合金液加热到755～775℃时，保温10～15分钟，即可浇铸成相应铸件；形成的铸件置于70-60℃的热处理炉中保温0.4-0.8小时后，取出便得到所需减摩耐磨锌铝基合金材料。

实施例二

先按照占原料总重：Al为50％，Pb为9.9％，Si为1.2％，Mg为9.9％，Fe为2％，C为0.01％，Dy 1.5％，Gd为1.5％，其余为Zn进行配料；其制备过程同实施例一。

实施例三

按照占原料总重：Al为30％，Pb为7％，Si为0.6，Mg为8％，Fe为1％，C为0.004％，Dy为1％，Gd为1％，其余为Zn进行配料；其制备过程同实施例一。

实施例四

按照占原料总重：Al为26％，Pb为6％，Si为0.1％，Mg为6％，Fe为0.5％，C为0.001％，Dy为0.5％，Gd为0.5％，Nd为0.5％，其余为Zn进行配料；

然后将称好的全部纯Al锭、纯Mg锭、纯Zn锭、纯Pb锭、纯Fe块、纯Si块和碳粒置于加热容器内，硅块和碳粒的大小尺寸在2-4mm，当温度加热到680～700℃时形成锌、铝、铅、硅、镁、铁、碳合金液，此时将配好的纯稀土金属Dy、Gd、Nd用钟罩压入合金液中，稀土金属Dy、Gd、Nd颗粒尺寸为1-3mm；

继续将合金液加热到755～775℃时，保温10～15分钟，即可浇铸成相应铸件；形成的铸件置于70-60℃的热处理炉中保温0.4-0.8小时后，取出便得到所需高耐磨合金。

实施例五

按照占原料总重：Al为50％，Pb为9.9％，Si为1.2％，Mg为9.9％，Fe为2％，C为0.01％，Dy 1.5％，Gd为1.5％，Nd 1.5％，其余为Zn进行配料；其制备过程同实施例四。

实施例六

按照占原料总重：Al为30％，Pb为7％，Si为1.0％，Mg为7％，Fe为0.6％，C为0.005％，Dy 1％，Gd为1％，Nd为1％，其余为Zn进行配料；其制备过程同实施例四。

实施例七(合金成份不合要求的实例)

按照占原料总重：Al为51％，Pb为10％，Si为1.3％，Mg为10％，Fe为2％，C为0.02％，Dy 1.6％，Gd为1.6％，其余为Zn进行配料；其制备过程同实施例一。

实施例八(合金成份不合条件的实例)

按照占原料总重：Al为52％，Pb为11％，Si为1.3％，Mg为10％，Fe为2％，C为0.02％，Dy 1.6％，Gd为1.6％，Nd 1.6％，其余为Zn进行配料；其制备过程同实施例四。

由实施例七、八可见，合金材料的成份不在适当的范围内，其减摩耐磨性能明显下降。

实施例九

按照占原料总重：Al为30％、Pb为9.9％、Si为0.1％、Mg为7％、Fe为0.5％，C为0.01％、Nd为0.6％、Dy为1％、Gd为0.5％、其余为Zn进行配料，其制备过程同实施例四。得到合金材料的金相组织如图1所示，图中黑色区的为固溶体，白色区为化合物复合体。

表1中对比合金是现有技术的产品，产品一至产品八为采用本发明方法制得的合金材料，其中产品七与产品八中成份不在要求的含量范围内，供对比。

表1：

合金编号	成分	磨损量/mm3(载荷2400N)	摩擦系数(载荷2400N)
合金编号	成分	磨损量/mm3(载荷2400N)	摩擦系数(载荷2400N)	对比合金	250820037802.XAl 25-40％；Cu 1-5％；Si 1-10％；余量为Zn	0.06-0.22(载荷范围800-2400N)	0.0111-0.22(载荷范围1100-2400N)
产品一	各成分如本发明实施例一	0.060	0.010	对比合金	250820037802.XAl 25-40％；Cu 1-5％；Si 1-10％；余量为Zn	0.06-0.22(载荷范围800-2400N)	0.0111-0.22(载荷范围1100-2400N)
产品一	各成分如本发明实施例一	0.060	0.010	产品二	各成分如本发明实施例二	0.049	0.005
产品三	各成分如本发明实施例三	0.049	0.005	产品二	各成分如本发明实施例二	0.049	0.005
产品三	各成分如本发明实施例三	0.049	0.005	产品四	各成分如本发明实施例四	0.050	0.004
产品五	各成分如本发明实施例五	0.039	0.003	产品四	各成分如本发明实施例四	0.050	0.004
产品五	各成分如本发明实施例五	0.039	0.003	产品六	各成分如本发明实施例六	0.038	0.002
产品七	各成分如本发明实施例七	0.098	0.018	产品六	各成分如本发明实施例六	0.038	0.002
产品七	各成分如本发明实施例七	0.098	0.018	产品八	各成分如本发明实施例八	0.111	0.017

由上表可以看出，合金中Pb、Si、Mg、Fe、C、Dy、Gd和Nd含量在本案范围内增加，耐磨性能提高；如果Pb、Si、Mg、C、Dy、Gd和Nd含量超出本案范围，细小的稀土化合物不能为固溶体所包裹，因此在摩擦过程中易脱落，脱落的硬质稀土化合物反而形成磨料，会加速材料的磨损。

Claims

1.一种减摩耐磨锌铝基合金材料，该合金材料以锌铝合金为基体，在锌铝合金基体上均匀分布着细小化合物相，该合金材料中各成分的重量百分含量：Al为26％～50％，Pb为6％～9.9％，Si为0.1％～1.2％，Mg为6％～9.9％，Fe为0.5％～2％，C为0.001％～0.01％，Dy为0.5％～1.5％，Gd为0.5％～1.5％，其余为Zn。

2.根据权利要求1所述的减摩耐磨锌铝基合金材料，该合金材料中还含有重量百分含量为0.5％～1.0％的Nd。

3.权利要求1所述减摩耐磨锌铝基合金材料的制备方法，其制备过程如下：

然后将称好的全部纯Al锭、纯Mg锭、纯Zn锭、纯Pb锭、纯Fe块、纯Si块和碳粒置于加热容器内，硅块和碳粒的大小尺寸在2-4mm，当温度加热到680～700℃时形成锌、铝、铅、硅、镁、铁、碳合金液，此时将配好的纯稀土金属D y、Gd用钟罩压入合金液中，稀土金属Dy、Gd的颗粒尺寸均为1-3mm；

继续将合金液加热到755～775℃时，保温10～15分钟，即可浇铸成相应铸件；形成的铸件置于70-60℃的热处理炉中保温0.4-0.8小时后，取出得到减摩耐磨锌铝基合金材料。

4.根据权利要求3所述的减摩耐磨锌铝基合金材料的制备方法，上述步骤中还加入占原料总重为0.5％～1.0％的Nd，Nd的颗粒尺寸为1-3mm，并将稀土金属Nd与Dy、Gd同时用钟罩压入合金液中。