CN101928857B - 一种耐磨减摩铜合金复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐磨减摩铜合金复合材料，按照重量百分比包括下列成分：Zn 5％～9％，Pb 0.5％～0.9％，Sb 5％～9％，Si 2％～5％，Sn 3％～9％，Dy 0.05％～0.5％，Nd 0.005％～0.02％，其余为Cu。本发明还提供了一种耐磨减摩铜合金复合材料的制备方法。本发明的耐磨减摩铜合金复合材料及其制备方法具有下列技术效果：1、由于选用了适合的成分及其含量，各成分之间共同作用，生产的合金材料性能好，具有更好的强度、硬度和耐磨减摩性能；2、合金制备工艺简便，生产成本低，非常便于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐磨减摩铜合金复合材料及其制备方法，属于金属材料领域。
背景技术
目前金属材料领域中，铜合金的耐磨和减摩性能受到了越来越多的重视。中国专利CN200710158225.X中公开了一种耐磨性好的铜基多元合金，有铜、锌、铝、镁、硅、镍、铬、铌和铈组成，各组份的含量分别为：锌25-30％，铝3-5％，镁0.25-0.5％，硅2-3％，镍0.5-2％，铬4-6％，铌0.08-0.12％，铈0.05-0.15％，其余为铜的含量。中国专利CN200810243568.0涉及黄铜合金冶炼技术，尤其涉及一种高强耐磨黄铜的冶炼技术，该发明的制备方法具有以下步骤：a.前期准备：烘烤金属表面；b.金属熔炼：在刚玉坩埚中依次加入锰、钴和铁，熔化后向熔液中投加铜、锌和铝，熔炼取样分析出炉得到高强耐磨黄铜，黄铜中加入有钴，其中铜的质量含量58～65％，铁的质量含量2～8％，锌的质量含量20～26％，锰的质量含量2～6％，铝的质量含量3～9％，钴的质量含量为0.03％，能解决现有的黄铜合金不能满足作为轴承部件要求的问题，硬度能到达235HB以上，抗拉强度等与780MPa，屈服强度大于680MPa，延伸率在12％以上。上述技术中由于使用了钴、铌等稀贵元素，导致生产成本高。
中国专利CN200910058578.1提供了一种铜合金耐磨材料及其制备方法。该发明的铜合金耐磨材料，含有如下重量比的成分：Cu 54％-57％、Al 3％-5％、Mn 3.5％-5.5％、Si 0.5％-1.3％、Fe 0.7％-1.5％、杂质不大于1％、Zn余量。该技术虽然选用普通合金元素，成本低，但力学性能性能相对降低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种耐磨减摩铜合金复合材料及其制备方法。
本发明的耐磨减摩铜合金复合材料，按照重量百分比包括下列成分：Zn 5％～9％，Pb 0.5％～0.9％，Sb 5％～9％，Si 2％～5％，Sn 3％～9％，Dy 0.05％～0.5％，Nd 0.005％～0.02％，其余为Cu。
优选地，本发明的耐磨减摩铜合金复合材料，按照重量百分比包括下列成分：Zn 6％，Pb 0.6％，Sb 8％，Si 4％，Sn 4％，Dy 0.09％，Nd 0.009％，其余为Cu。
本发明合金各成分及其成分的含量的选择基于下列理由：
Zn：含量为5％～9％，Zn和Si、Sn、Cu形成Cu-Si-Sn-Zn硬质复杂化合物，起耐磨和抵抗配副的破坏作用；Zn含量低于5％，达不到效果；Cu-Si-Sn-Zn硬质复杂化合物是脆性化合物，Zn含量高于9％，Cu-Si-Sn-Zn硬质复杂化合物增多，会降低合金的塑性和抗拉强度；
Pb：含量为0.5％～0.9％，Pb难于固溶于铜，因此微量的Pb在铜合金中以单质铅粒出现，Pb是固相减摩剂，该相具有很好的减摩作用。Pb含量低于0.5％，达不到效果；Pb含量高于0.9％，Pb过量，所占体积多，由于铅本身强度低，因此削弱了材料的抗拉强度。
Sb：含量为5％～9％；Sb和Cu形成六方结构的δ相，该相具有良好的减摩作用。Sb含量低于5％，达不到效果；Sb含量高于9％，Sb增多，δ相在晶界上形成网状，降低材料的韧性。
Si：含量为2％～5％；Si和Cu、Sn、Zn形成Cu-Si-Sn-Zn硬质复杂化合物，起耐磨和抵抗配副的破坏作用；Si含量低于2％，达不到效果；Cu-Si-Sn-Zn硬质复杂化合物是脆性化合物，Si含量高于5％，Cu-Si-Sn-Zn硬质复杂化合物增多，会降低合金的塑性和抗拉强度；
Sn：含量为3％～9％，Sn、Cu、Si和Zn形成Cu-Si-Sn-Zn硬质复杂化合物，起耐磨和抵抗配副的破坏作用；Sn含量低于3％，达不到效果；Cu-Si-Sn-Zn硬质复杂化合物是脆性化合物，Sn含量高于9％，Cu-Si-Sn-Zn硬质复杂化合物增多，会降低合金的塑性和抗拉强度；
Dy：含量为0.05％～0.5％；Dy和Nd共同作用可细化复杂化合物颗粒，Dy有圆整复杂化合物颗粒的作用。Dy含量低于0.05％，达不到效果；Dy含量高于0.5％，由于Dy为稀土元素，过多使用，不仅提高材料成本，也会形成一些过量化合物，降低材料的力学性能。
Nd：含量为0.005％～0.02％；Nd和Dy共同作用可细化复杂化合物颗粒，Nd含量低于0.005％，达不到效果；Nd含量高于0.02％，由于Nd为稀土元素，过多使用，不仅提高材料成本，也会形成一些过量化合物，降低材料的力学性能。
所以，该耐磨减摩铜合金复合材料既存在耐磨作用的颗粒，又有减摩作用的颗粒，并且细小而分散，因此该复合材料不仅普通力学性能优越，而且同时具有耐磨和减摩作用。
本发明的耐磨减摩铜合金复合材料的制备方法，包括下列步骤：
1)准备各组分的原料，其中Zn、Pb、Nd、Sn均使用纯金属锭，Si使用纯硅块，Sb、Dy均使用纯金属颗粒，颗粒尺寸为2-5mm，Cu使用纯铜板；
2)将锌锭、铅锭、硅块、锡锭、钕锭和铜板置于加热容器内，于1280-1300℃熔化成铜合金液；
3)将锑颗粒、镝颗粒用压勺压入铜合金液，在1300℃保温5-10min后便可浇注成铜合金复合材料铸锭或铸件，即制备而成。
本发明的耐磨减摩铜合金复合材料及其制备方法具有下列技术效果：
1、由于选用了适合的成分及其含量，各成分之间共同作用，生产的合金材料性能好，具有更好的强度、硬度和耐磨减摩性能；
2、合金制备工艺简便，生产成本低，非常便于工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的轻质耐磨减摩铜合金复合材料的金相组织。
具体实施方式
实施例1
本实施例的耐磨减摩铜合金复合材料按照重量百分比包括下列成分：Zn为5％，Pb为0.5％，Sb为5％，Si为2％，Sn为3％，Dy为0.05％，Nd为0.005％，其余为Cu。该耐磨减摩铜合金复合材料上带有细小而分散的起耐磨和减摩作用的颗粒，如图1所示，可以看到耐磨减摩铜合金基体上分布有细小的复杂化合物。
本实施例的耐磨减摩铜合金复合材料的制备，包括下列步骤：
1)准备各组分的原料，其中Zn、Pb、Nd、Sn均使用纯金属锭，Si使用纯硅块，Sb、Dy均使用纯金属颗粒，颗粒尺寸为2-5mm，Cu使用纯铜板；
2)将锌锭、铅锭、硅块、锡锭、钕锭和铜板置于加热容器内，于1280-1300℃熔化成铜合金液；
3)将锑颗粒、镝颗粒用压勺压入铜合金液，在1300℃保温5-10min后便可浇注成铜合金复合材料铸锭或铸件，即制备而成。
实施例2
本实施例的耐磨减摩铜合金复合材料按照重量百分比包括下列成分：Zn为9％，Pb为0.9％，Sb为9％，Si为5％，Sn为9％，Dy为0.5％，Nd为0.02％，其余为Cu。该耐磨减摩铜合金复合材料上带有细小而分散的起耐磨和减摩作用的颗粒。制备方法参照实施例1。
实施例3
本实施例的耐磨减摩铜合金复合材料按照重量百分比包括下列成分：Zn为6％，Pb为0.6％，Sb为8％，Si为4％，Sn为4％，Dy为0.09％，Nd为0.009％，其余为Cu。该耐磨减摩铜合金复合材料上带有细小而分散的起耐磨作用的颗粒。制备方法参照实施例1。
对照例1
本对照例的耐磨减摩铜合金复合材料按照重量百分比包括下列成分：Zn为4％，Pb为0.4％，Sb为4％，Si为1.5％，Sn为2.9％，Dy为0.04％，Nd为0.004％，其余为Cu。制备方法参照实施例1。
对照例2
本对照例的耐磨减摩铜合金复合材料按照重量百分比包括下列成分：Zn为10％，Pb为1％，Sb为10％，Si为6％，Sn为10％，Dy为0.6％，Nd为0.03％，其余为Cu。
实施例4
比较背景技术、对照例和实施例中的耐磨减摩铜合金复合材料的抗拉强度、伸长率、硬度和减摩系数，其结果如表1所示：
表1合金性能对照：
| 合金 | 抗拉强度MPa | 伸长率/％ | 硬度/HB | 减摩系数 |
| 背景技术CN200810243568.0 | 780 | 12 | 235 | - |
| 背景技术CN200910058578.1 | 740-750 | 3-5 | 94-100 | ≯0.1 |
| 实施例1 | 800 | 13 | 250 | 0.05 |
| 实施例2 | 820 | 13 | 256 | 0.045 |
| 实施例3 | 830 | 15 | 268 | 0.04 |
| 对照例1 | 640 | 8 | 160 | 0.16 |
| 对照例2 | 620 | 6 | 278 | 0.12 |
从上表可以看出，实施例1-3的耐磨减摩铜合金复合材料的抗拉强度、伸长率、硬度和减摩系数基本都要优于对照例和背景技术，本发明的耐磨减摩铜合金复合材料具有更好的合金性能。
Claims (3)
1.一种耐磨减摩铜合金复合材料，其特征在于，按照重量百分比包括下列成分：Zn 5％～9％，Pb 0.5％～0.9％，Sb 5％～9％，Si 2％～5％，Sn 3％～9％，Dy 0.05％～0.5％，Nd 0.005％～0.02％，其余为Cu。
2.根据权利要求1所述的耐磨减摩铜合金复合材料，其特征在于，按照重量百分比包括下列成分：Zn 6％，Pb 0.6％，Sb 8％，Si 4％，Sn 4％，Dy 0.09％，Nd 0.009％，其余为Cu。
3.一种制备权利要求1或2中所述的耐磨减摩铜合金复合材料的方法，其特征在于，包括下列步骤：
1)准备各组分的原料，其中Zn、Pb、Nd、Sn均使用纯金属锭，Si使用纯硅块，Sb、Dy均使用纯金属颗粒，颗粒尺寸为2-5mm，Cu使用纯铜板；
2)将锌锭、铅锭、硅块、锡锭、钕锭和铜板置于加热容器内，于1280-1300℃熔化成铜合金液；
3)将锑颗粒、镝颗粒用压勺压入铜合金液，在1300℃保温5-10min后便可浇注成铜合金复合材料铸锭或铸件，即制备而成。
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