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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