CN102703769B - 一种纳米复合铝锡硅轴承合金的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种纳米复合铝锡硅轴承合金的制造方法，用高纯度的Si粉在氩气保护下用球磨机破碎，获得弥散的Si粉体；用高纯度的Al、Sn粉与上述球磨获得的Si粉按Al+Sn+Si的重量百分比在氩气保护下，进行二次球磨，获得纳米相复合结构的MA Al-Sn-Si合金粉体；将获得的MA Al-Sn-Si粉体冷压制成型，然后烧结，再冷却而制成。Si相的加入一方面通过形成Al-Si共晶相，破除Al粉颗粒表面的氧化层，促进冶金结合；另一方面弥散分布的Si相抑制Sn相由于离异共晶而产生的网状组织和Sn相长大。本发明获得纳米晶的硬质Si粒子和软质Sn粒子均匀弥散分布于高强度的Al基体中，有效提高合金性能。
Description
技术领域
本发明涉及机械合金化合成材料技术，尤其涉及一种纳米复合铝锡硅轴承合金的制造方法。
背景技术
铝基合金由于其较高的力学性能、热传导性和良好的耐蚀性，且资源丰富、价格低廉，而成为中、轻载发动机滑动轴承的主要材料之一。随着汽车工业的发展、汽车发动机性能的不断强化和提高，以及轴承合金工业“无铅化”的推进，Si成为Al基轴承合金继Sn元素之后又一最具前景的添加元素。Al-Sn-Si系轴承合金材料是20世纪80年代初，由日本首先开发成功的。其利用Si粒子在Al-Sn基体中的弥散分布，有效提高材料的疲劳强度；通过对轴的抛光作用，进一步改善材料的抗咬合和跑和性能。值得一提的是，随后不断有新型Al-Sn-Si系列合金的研发，其工作主要都集中在通过热处理方法,改善Si粒子的大小与分布,进一步提高Al-Sn-Si系列合金轴承材料的性能。但工业上制备Al-Sn-Si轴承合金通常采用铸造方法，所获得Si的尺寸通常为几个到几十个微米尺度，而通过机械合金化方法获得的Si颗粒的尺寸可以控制到1微米甚至纳米尺度，其对合金的力学性能和摩擦学性能有极大的改进。
公开号为CN 01107648.8的专利申请文件中公开了一种铝－铅系纳微米合金的制备方法，该方法是利用高能球磨制备的粉体通过复压复烧工艺获得Al-Pb合金，但该发明主要是提高Al-Pb合金的摩擦磨损性能的，并未研究其烧结性能和力学性能。而由于Al-Sn相比于Al-Pb合金更难烧结，烧结强度不高，造成单纯Al-Sn合金的力学性能不足。
公开号为CN 1539578A的专利申请文件中公开了一种利用机械合金化方法制备Al-Pb轴承合金的方法，该方法主要是将制备出的Al-Pb合金粉体轧制复合到钢背上制成轴瓦。
随着轴瓦工业“无铅化”进程的推进，Al-Sn-Si系成为替代Al-Pb系轴承合金的重要系列。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种纳米复合铝锡硅轴承合金的制造方法，通过Si组元的加入，采用机械合金化方法，获得Sn相细小弥散分布以及烧结强度高的优良组织和性能，最终获得力学性能和摩擦学性能同步提高的轴承合金。
本发明通过下述技术方案实现：
一种纳米复合铝锡硅轴承合金的制造方法，弥散分布的纳米晶硬质点Si相对Al-Sn合金组织和性能的改善作用，它包括如下步骤：
（1）通过球磨制备出粒度均匀且细小弥散的Si粉体；
（2）通过球磨制备出具有纳米相复合结构的Al-Xwt.%Sn-Ywt.Si机械合金化MA粉体；
（3）将所述球磨制备出的机械合金化MA粉体直接压制成型，得到生坯；
（4）将所述生坯放入真空炉内烧结成样。
步骤（1）具体是将纯度≥99.9％、粒度为200目的Si粉体在氩气保护下进行球磨；球磨机转速为250rpm，球磨时间为2小时，得到粒度均匀且细小弥散的Si粉体；
步骤（2）所述球磨具体是将纯度为99.5%～99.9%、粒度为200目的Al、Sn、与上述球磨获得Si粉按照Al+X%Sn+Y%Si的重量百分比配成不同成分，在氩气保护下用球磨机进行球磨，球磨机转速250～350rpm，球磨时间30～40h，制备出Al-X%Sn-Y%Si的机械合金化粉体；球磨机钢罐中配以淬火不锈钢球作为球磨工作载体，钢球与粉体的重量比为15∶1，其中，X、Y的取值范围分别是：12≤X≤20、0≤Y≤5；
步骤（3）所述的压制成型采用单轴向压制成块，压制压力为660MPa；
步骤（4）所述的真空炉内烧结条件如下：将样品放入真空炉内，先抽真空到0.008～0.08Pa，随后通入氩气，在100℃下保温1小时，然后加热到550～600℃并保温1小时，随炉冷却。
与现有技术相比本发明的有益效果在于：
（1）无铅化方面：Al-Sn-Si系合金是目前铝基轴承合金在工业“无铅化”进程中最重要的开发系列，尤其是它在汽车领域应用中所占有的绝对优势；
（2）制备工艺方面：在Al-Sn中添加Si经过球磨以后，软质点的Sn和硬质点的Si细小均匀弥散分布于硬的Al基体上，克服传统铸造的比重偏析和Sn相粗大等组织缺陷；在温度高于577℃烧结时，Si与Al形成共晶相，破除Al表面的氧化薄膜，有效地解决了Al基合金粉体烧结问题；同时，消除Sn相的网状分布，由此提高合金的结合强度，进而提高其承载能力和抗咬合性能；
（3）性能方面：采用本发明制成的Al-Sn-Si轴瓦合金的结合强度、承载能力和摩擦学性能，相对于铸造工艺的的Al-Sn-Si系列轴承合金，都有显著提高，有广泛的应用前景。
附图说明
图1是实施例1制备的具有纳米复合结构Al﹣20%Sn轴承合金SEM图（亮色的为Sn相）；
图2是实施例2制备的具有纳米复合结构Al﹣12%Sn轴承合金SEM图（亮色的为Sn相）；
图3是实施例8制备的具有纳米复合结构Al﹣12%Sn-2.5%Si轴承合金SEM图（亮色的为Sn相）；
图4是实施例8制备的具有纳米复合结构Al﹣12%Sn-2.5%Si轴承合金中Si元素的面分布图；
图5是实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6、实施例7实例8和实施例9所制备的纳米复合Al-Sn-Si基合金的烧结致密度对比图；
图6是实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6、实施例7实施例8和实施例9所制备的纳米复合Al-Sn-Si基合金的拉伸强度对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
实施例1
如图1。将纯度为99.9%、粒度为200目的80wt%Al、20wt%Sn粉在氩气保护下进行球磨，球磨机转速为250rpm，球磨时间为40h，球料比为15∶1；
将所制备的球磨粉体采用单轴向压制成块，压制压力为660MPa；
然后将压好的块体放到真空烧结炉中，抽真空至8×10-3Pa，随后通入氩气升温到100℃并保温1小时，然后升温到550℃并保温1小时，随炉冷却。
实施例2
如图2。将纯度为99.9%、粒度为200目88wt%Al、12wt%Sn粉体在氩气保护下进行球磨，球磨机转速为350rpm，球磨时间为30h，球料比为15∶1；
将所制备的球磨粉体采用单轴向压制成块，压制压力为660MPa；
然后将压好的块体放到真空烧结炉中，抽真空至8×10-3Pa，随后通入氩气升温到100℃并保温1小时，然后升温到550℃并保温1小时，随炉冷却。
实施例3
如图5、6。将纯度≥99.9％、粒度为200目的Si粉体在氩气保护下进行球磨；球磨机转速为250rpm，球磨时间为2小时，得到粒度均匀且细小弥散的Si粉体；
将纯度为99.9%、粒度为200目87.5wt%Al、12wt%Sn与上述球磨获得的0.5wt%Si粉体在氩气保护下进行球磨，球磨机转速为350rpm，球磨时间为30h，球料比为15∶1；
压制烧结工艺同实施例2。
实施例4
如图5、6。球磨制备Si粉体工艺同实施例3；
将纯度为99.9%、粒度为200目85.5wt%Al、12wt%Sn与上述球磨获得的2.5wt%Si粉体在氩气保护下进行球磨，球磨机转速为350rpm，球磨时间为30h，球料比为15∶1；
压制烧结工艺同实施例2。
实施例5
如图5、6。球磨制备Si粉体工艺同实施例3；
将纯度为99.9%、粒度为200目83wt%Al、12wt%Sn与上述球磨获得的5wt%Si粉体在氩气保护下进行球磨，球磨机转速为350rpm，球磨时间为30h，球料比为15∶1；
压制烧结工艺同实施例2。
实施例6
如图5、6。将纯度为99.9%、粒度为200目88wt%Al、12wt%Sn粉体在氩气保护下进行球磨，球磨机转速为350rpm，球磨时间为30h，球料比为15∶1；
将所制备的球磨粉体采用单轴向压制成块，压制压力为660MPa；
然后将压好的块体放到真空烧结炉中，抽真空至8×10-3Pa，随后通入氩气升温到100℃并保温1小时，然后升温到600℃并保温1小时，随炉冷却。
实施例7
如图5、6。球磨制备Si粉体工艺同实施例3；
将纯度为99.9%、粒度为200目87.5wt%Al、12wt%Sn与上述球磨获得的0.5wt%Si粉体在氩气保护下进行球磨，球磨机转速为350rpm，球磨时间为30h，球料比为15∶1；
压制烧结工艺同实施例6。
实施例8
如图3、4、5、6。球磨制备Si粉体工艺同实施例3；
将纯度为99.9%、粒度为200目85.5wt%Al、12wt%Sn与上述球磨获得的2.5wt%Si粉体在氩气保护下进行球磨，球磨机转速为350rpm，球磨时间为30h，球料比为15∶1；
压制烧结工艺同实施例6。
实施例9
如图5、6。球磨制备Si粉体工艺同实施例3；
将纯度为99.9%、粒度为200目83wt%Al、12wt%Sn与上述球磨获得的5wt%Si粉体在氩气保护下进行球磨，球磨机转速为350rpm，球磨时间为30h，球料比为15∶1；
压制烧结工艺同实施例6。
如上所述便可较好地实现本发明。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种纳米复合铝锡硅轴承合金的制造方法，其特征在于弥散分布的纳米晶硬质Si相对Al-Sn合金组织和性能的改善作用，它包括如下步骤：
（1）通过球磨制备出粒度均匀且细小弥散的Si粉体；
（2）通过球磨制备出具有纳米相复合结构的Al-Xwt.%Sn-Ywt.Si机械合金化MA粉体；
（3）将所述球磨制备出的机械合金化MA粉体直接压制成型，得到生坯；
（4）将所述生坯放入真空炉内烧结成样；
步骤（1）具体是将纯度≥99.9％、粒度为200目的Si粉体在氩气保护下进行球磨；球磨机转速为250rpm，球磨时间为2小时，得到粒度均匀且细小弥散的Si粉体；
步骤（2）所述球磨具体是将纯度为99.5%～99.9%、粒度为200目的Al、Sn、与上述球磨获得Si粉体按照Al+X%Sn+Y%Si的重量百分比配成不同成分，在氩气保护下用球磨机进行球磨，球磨机转速250rpm～350rpm，球磨时间30 h～40h，制备出Al-X%Sn-Y%Si的机械合金化粉体；球磨机钢罐中配以淬火不锈钢球作为球磨工作载体，钢球与粉体的重量比为15∶1，其中，X、Y 的取值范围分别是：12≤X≤20、0≤Y≤5；
步骤（3）所述的压制成型采用单轴向压制成块，压制压力为660MPa；
步骤（4）所述的真空炉内烧结条件如下：将样品放入真空炉内，先抽真空到0.008～0.08 Pa，随后通入氩气，在100℃下保温1 小时，然后加热到550℃～600℃并保温1小时，随炉冷却。
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Granted publication date: 20130724 |