CN102051540B - 一种耐磨锌合金材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐磨锌合金材料及其制备方法，该材料以锌合金为基体，在基体中分布着由铜丝和铁丝形成的金属丝团，铜丝和铁丝直径均为1-2mm，金属丝团的直径为10-15cm，材料中铜丝与铁丝的长度相当，两种金属丝共占材料的体积百分比为10-35%。本发明耐磨锌合金材料具有较高的耐磨性能，且生产成本低，工艺简单。

Description

一种耐磨锌合金材料及制备方法

技术领域

    本发明属于金属材料领域，涉及一种耐磨锌合金材料及其制备方法。

背景技术

在金属材料领域中, 耐磨锌合金作为耐磨材料一直受到普遍重视。

CN98110581.5公开了一种耐磨合金材料,一种铸造耐磨锌－铝合金。该材料以锌为基,铝、铜为主要合金元素,通过加入锑、镁、钛、硼、镧元素进行微量多元合金化处理和晶粒细化、变质处理,并采用熔体热处理熔炼工艺,获得了晶粒细小的软基体上分布着硬质点的理想轴承合金组织,提高了合金的力学性能, 改善了其摩擦磨损特性和铸件质量。但该工艺较为复杂，且制备得到的耐磨合金的耐磨性能还有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种耐磨锌合金材料，该材料具有良好的性能。

本发明的另一目的是提供一种耐磨锌合金材料的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 

一种耐磨锌合金材料，其特征在于：该材料以锌合金为基体，在基体中分布着由铜丝和铁丝形成的金属丝团，铜丝和铁丝直径均为1-2mm，金属丝团的直径为10-15cm，材料中铜丝与铁丝的长度相当，两种金属丝共占材料的体积百分比为10-35%； 

锌合金基体的化学成分的重量百分含量：Al为41-45％，Sr为0.2％～0.5％，Si为4％～6％，Pb为1％～3％，Fe为2％～4％，Y为0.5％～1％，Mn为4％～6％,Ho为0.01％～0.03％，其余为Zn；

铜丝为纯铜；铁丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.05-0.09%，Si为0.2%-0.3%, Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。

所述基体中还分布有化合物Zn₃N₂和CrZn₁₇颗粒。

一种耐磨锌合金材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

镀铬铜丝及渗氮铁丝的准备：分别取直径为1-2mm、成分为纯铜的铜丝；以及直径为1-2mm、成分重量百分含量：C为0.05-0.09%，Si为0.2%-0.3%, Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的铁丝，铜丝与铁丝二者的总体长度相当，两种金属丝占材料的体积百分比为10-35%；分别按常规方法在铜丝表面镀铬制备镀铬铜丝及在铁丝表面渗氮制备渗氮铁丝；铜丝表面镀铬层厚度为50-150微米；铁丝表面渗氮层的厚度为100-200微米；     按清洁球生产的常规方法将上述镀铬铜丝及渗氮铁丝各取一根丝形成球状的混合双丝金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由铜丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待合金液浇注；

锌合金基体的准备：按重量百分含量Al为41-45％，Sr为0.2％～0.5％，Si为4％～6％，Pb为1％～3％，Fe为2％～4％，Y为0.5％～1％，Mn为4％～6％,Ho为0.01％～0.03％，其余为Zn进行配料；将锌合金基体在感应电炉中熔化制备锌合金液，熔化温度为680-710℃；

将上述锌合金液浇入装有金属丝团的干砂铸型，液态合金液将镀铬铜丝及渗氮铁丝包围，然后冷却凝固，得到以锌合金为基体的其中分布有金属丝团的耐磨材料。

   本发明相比现有技术的有益效果如下：

（1）本发明材料中的铜丝及铁丝自身具有相当的强度和较高的耐磨。镀铬铜丝中的的Cr和Cu及渗氮铁丝中的N、Fe进入液态锌中，与锌形成Zn₃N₂、CuZn、CrZn₁₇、Fe₃Zn₁₀等特殊化合物，弥散增强锌合金；未熔的铜丝及铁丝与锌合金冶金结合，对锌合金起到增强增韧的作用。

（2）Y和Ho与Zn形成化合物YZn₂和ZnHo，对锌合金的组织具有显著细化的作用，有助于材料耐磨性能的提高。

（3）本发明材料中P、S为杂质，控制在允许的范围。

（4）该材料的塑性、韧性和耐磨性能优良,铸件尺寸稳定好,材料成本低廉,是制造轴瓦、轴套、蜗轮等滑动摩擦件的优良材料。

（5）该合金材料成本低，制备工艺简便，生产成本低，生产的合金材料性能好，而且非常便于工业化生产。

本发明的合金性能见表1。

附图说明

图1为本发明实施例一制得的金属丝增强耐磨锌合金材料的金相组织。

图1可以看到在锌合金与金属丝结合良好。

具体实施方式

以下各实施例仅用作对本发明的解释说明，其中的重量百分比均可换成重量g、kg或其它重量单位。各实施例中的铜丝和铁丝均为市购，镀铬层和渗氮层自制。

实施例一：

锌合金基体成分按重量百分含量：Al为41％，Sr为0.2％，Si为4％，Pb为1％，Fe为2％，Y为0.5％，Mn为4％,Ho为0.01％，其余为Zn进行配料。

铜丝为纯铜，其直径为1mm。铁丝的化学成分的重量百分含量：C为0.05%，Si为0.2%,Mn为0.25%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe；该铁丝的直径为1mm。

铜丝和铁丝的总体长度相当，两种金属丝共占材料的体积百分比为10%。

取铜丝按照常规方法对其表面进行镀铬处理制备镀铬铜丝，镀铬层厚度为50微米。取铁丝按照常规方法对其表面进行渗氮处理制备渗氮铁丝，渗氮层的厚度为100微米。形成的渗氮铁丝和镀铬铜丝二者总体长度相当。

按清洁球生产的常规方法将上述镀铬铜丝及渗氮铁丝各取一根丝形成球状的混合双丝金属丝团，金属丝团直径为15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由铜丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待合金液浇注；

将锌合金基体在感应电炉中熔化制备锌合金液，熔化温度为695-700℃；

将上述锌合金液浇入装有金属丝团的干砂铸型，液态合金液将镀铬铜丝及渗氮铁丝包围，然后冷却凝固，得到以锌合金为基体的其中分布有金属丝团的耐磨材料。

实施例二：

锌合金基体成分按重量百分含量：Al为45％，Sr为0.5％，Si为6％，Pb为3％，Fe为4％，Y为1％，Mn为6％,Ho为0.03％，其余为Zn进行配料。

铜丝为纯铜，其直径为2mm。

铁丝的成分为C为0.09%，Si为0.3%,Mn为0.35%, P<0.02%, S<0.025%,其余为Fe；该铁丝的直径为2mm。

铜丝和铁丝的总体长度相当，两种金属丝共占材料的体积百分比为35%。

取铜丝按照常规方法对其表面进行镀铬处理制备镀铬铜丝，镀铬层厚度为150微米。

取铁丝按照常规方法对其表面进行渗氮处理制备渗氮铁丝，渗氮层的厚度为200微米。形成的渗氮铁丝和镀铬铜丝二者总体长度相当。

按清洁球生产的常规方法制作带镀层的两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为10cm。

制备过程同实施例一。

实施例三：

锌合金基体成分按重量百分含量：Al为43％，Sr为0.3％，Si为5％，Pb为2％，Fe为3％，Y为0.7％，Mn为5％,Ho为0.02％，其余为Zn进行配料。

铜丝为纯铜，其直径为1.5mm。

铁丝的化学成分的重量百分含量：C为0.07%，Si为0.25%,Mn为0.3%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe；该铁丝的直径为1.5mm。

铜丝和铁丝的总体长度相当，两种金属丝共占材料的体积百分比为25%。

取铜丝对其表面进行镀铬处理制备镀铬铜丝，镀铬层厚度为80微米。

取铁丝对其表面进行渗氮处理制备渗氮铁丝，渗氮层的厚度为150微米。形成的渗氮铁丝和镀铬铜丝二者总体长度相当。按清洁球生产的常规方法制作带镀层的两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为15cm。

制备过程同实施例一。

对比实施例四：原料配比不在本发明范围内的实例

锌合金基体成分按重量百分含量：Al为40％，Sr为0.1％，Si为3％，Pb为0.5％，Fe为1％，Y为0.4％，Mn为3％,Ho为0.005％，其余为Zn进行配料。

铜丝为纯铜，其直径为0.5mm。

铁丝的化学成分的重量百分含量：C为0.04%，Si为0.1%,Mn为0.2%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe；该铁丝的直径为0.5mm。

铜丝和铁丝的总体长度相当，两种金属丝占材料的体积百分比为5%。

铜丝表面不进行镀铬处理；铁丝表面不进行渗氮处理。按清洁球生产的常规方法制作两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为15cm。

制备过程同实施例一。

对比实施例五：原料配比不在本发明范围内的实例

锌合金基体成分按重量百分含量：Al为47％，Sr为0.6％，Si为7％，Pb为4％，Fe为5％，Y为2％，Mn为7％,Ho为0.04％，其余为Zn进行配料。

铜丝为纯铜，其直径为3mm。

铁丝的化学成分的重量百分含量：C为0.1%，Si为0.4%,Mn为0.4%, P<0.02%, S<0.025%,其余为Fe；该铁丝的直径为3mm。

铜丝和铁丝的总体长度相当，两种金属丝占材料的体积百分比为40%。

取铜丝对其表面进行镀铬处理制备镀铬铜丝，镀铬层厚度为160微米。

取铁丝对其表面进行渗氮处理制备渗氮铁丝，渗氮层的厚度为210微米。按清洁球生产的常规方法制作带镀层的两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为10cm。

制备过程同实施例一。

表1 各产品的性能对比

从上表可以看出，本发明锌合金基体中Al、Sr、Si、Pb、Fe、Mn、Y、Ho增高利于合金的力学性能提高；但有些元素如Al、Sr、Si、Pb、Fe过多则形成的化合物过多，会削弱合金的耐磨性。有些元素如Gd 、Ho过多，则造成元素浪费。

铁丝中的成分C、Si、Mn增高利于合金的力学性能提高；过多削弱合金的耐磨。

铜丝和铁丝两种金属丝的体积百分比的增加，利于材料耐磨的提高。但是过多，锌合金基体包不住镀铬铜丝及渗氮铁丝，基体出现裂纹，则降低了材料的耐磨，从而影响合金的抗蚀能力。如产品5。

同时，金属丝直径太小，表面积太大，不利于镀层元素溶入高温液态锌合金中；反之，金属丝直径太大，在锌合金基体中分布的密度减小，不利于材料整体耐磨性能的提高。

Claims (1)

1.一种耐磨锌合金材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

镀铬铜丝及渗氮铁丝的准备：分别取直径为1-2mm、成分为纯铜的铜丝；以及直径为1-2mm、成分重量百分含量：C为0.05-0.09%，Si为0.2%-0.3%, Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的铁丝，铜丝与铁丝二者的总体长度相当，两种金属丝占材料的体积百分比为10-35%；分别按常规方法在铜丝表面镀铬制备镀铬铜丝及在铁丝表面渗氮制备渗氮铁丝；铜丝表面镀铬层厚度为50-150微米；铁丝表面渗氮层的厚度为100-200微米；     按清洁球生产的常规方法将上述镀铬铜丝及渗氮铁丝各取一根丝形成球状的混合双丝金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由铜丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待合金液浇注；

锌合金基体的准备：按重量百分含量Al为41-45％，Sr为0.2％～0.5％，Si为4％～6％，Pb为1％～3％，Fe为2％～4％，Y为0.5％～1％，Mn为4％～6％,Ho为0.01％～0.03％，其余为Zn进行配料；将锌合金基体在感应电炉中熔化制备锌合金液，熔化温度为680-710℃；

将上述锌合金液浇入装有金属丝团的干砂铸型，液态合金液将镀铬铜丝及渗氮铁丝包围，然后冷却凝固，得到以锌合金为基体的其中分布有金属丝团的耐磨材料。

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