CN102808119A - 一种轻质高温耐磨铝合金 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轻质高温耐磨铝合金，其基本化学配方为：Si 16-18%，Mg 5-10%，Fe 4-8%，铝及不可避免的杂质余量。还可加入硼、铬、钒、镍、锰和磷中一种或几种组合，加入量0.01-1.0%，这种铝合金可以采用常规的熔铸方法制备，合金的比重为2.9-3.2g/cm³。本发明特别适用于作为耐磨材料，可满足制备耐磨损铝合金制品的需要。

Description

一种轻质高温耐磨铝合金

技术领域

本发明属于合金材料制备领域，具体的说就是提供一种轻质高温耐磨铝合金，其具有耐热、耐磨、易加工和低成本的特点，以适应制造业、航空航天领域对轻质耐磨材料的迫切需要。

背景技术

随着能源短缺、石油价格暴涨、环境污染的加剧，节能环保和提高汽车性能成为高度关注的课题。作为一种轻质耐磨材料，耐磨铝合金在汽车、电子和和航空领域中一直备广泛关注。

CN 200810231204.0号申请涉及一种耐磨高强铝合金材料及其制造工艺。该材料的化学成分以重量来计算，其构成为7.6-8.3%硅、2.5-3.5铜、1.2-1.4%铁、0.3-0.5%镁、0.1-0.05稀土，余量为铝，其杂质含量不大于：0.3%锌、0.2%铅、0.2%铬、0.1%锡、0.1%镍、0.1%钛。还通过配料精炼、变质、浇注、淬火而成。其抗拉强度可达到300-330Mpa，延伸率升至1-2%，布氏硬度达120-140HBS。CN200610165341.X号申请公开了一种高强耐磨铝合金及其制备方法，该高强耐磨铝合金是在Al-Zn-Mg-Cu合金中，置入重量比为3.15-10.5%的Ti-C-Al预制块，通过原位反应在Al-Zn-Mg-Cu合金中形成TiC颗粒，再进行物化喷射成形而成。该发明的铝合金是利用原位反应喷射成形工艺制备高强铝合金，实现了材料耐磨损性能的改善。该合金的具有高的强度和良好的韧性，耐磨损性能也有显著提高，但是材料成本和生产成本高。此外，以上所报告的耐磨铝合金仍然存在耐磨性能不能满足更高需求，且存在热稳定性差的不足。

运用快速凝固法制备的过共晶Al-Si-Fe合金（Won-Wook Park, Bong-Sun You, Nack J. Kim. Microstructure and mechanical properties of rapidly solidified Al-Si-Fe-X base alloys. Materials & Design,.1996,17(5-6):255-259）在铝基体中形成的弥散、细小的铁相会起到自生弥散颗粒增强作用，大幅度提高复合材料的力学性能和耐耐磨损性能，同时会提高Al-Si合金的热稳定性，在汽车、电子以及航空工业中用途广泛，但是要求生产条件高、材料生产成本很高。

因此，迫切需要开发低成本、高温耐铝合金，以满足更广范围的工业应用需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轻质高温耐磨铝合金，该合金具有材料成本低、高温稳定性强、耐磨损性能好、并且易于加工，可以广泛地用做工业上的耐磨损零部件。

本发明提供了一种轻质高温耐磨铝合金，其特征在于合金配方成份范围如下，重量百分比：

硅(Si)                  16-18%

镁(Mg)                 5-10%

铁(Fe)                  4-8%

铝及不可避免的杂质     余量。

本发明轻质高温耐磨损铝合金中还可以，添加硼、铬、钒、钛、镍、锰和磷中一种或几种组合，加入量为0.01-1.0%。

本发明提供的铝合金可以选择常规的熔炼铸造法进行合金的制备。

本发明中，在过共晶Al-Si-Fe合金中加入适量的镁，凝固之后所形成的平衡组织中含有大量初生Mg₂Si、铝硅铁相，这些硬质颗粒可以显著提高合金的耐高温磨损性能。加入镁之后，首先可以形成尺寸较小的Mg₂Si颗粒；其次，降低合金元素扩散速率，抑制铁相粗化；再次，降低共晶形成温度，可以细化共晶组织。

本发明的有益效果在于：

1. 合金是一种轻质高温耐磨损材料，其中含有较高质量分数的轻质元素镁，可以降低过共晶Al-Si-Fe合金的密度，而且有助于形成的尺寸较小的初生Mg₂Si、铝硅铁相，起到提高耐磨损性能和加工性能的作用。

2. 具有良好的合金制备性能，可方便地采用常规熔铸法进行加工制造，因而可以大幅度降低制造成本。发明的制备方法具有材料铸造性能好，能制备形状复杂的铝合金零件。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。以下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克（g）、千克（kg）或其他重量单位。

实施例1

选取铝（Al）、硅-铁（Si-Fe）中间合金、硅（Si）以及镁（Mg）等块体原料，根据合金烧损比例配制硅（Si）16%、镁（Mg）5%、铁（Fe）4%，其余为Al的合金成分。先将称量好的铝、硅-铁中间合金以及硅加热至820^oC，熔化制得Al-Si-Fe合金；再将Al-Si-Fe合金降温至650^oC，加入称量好的镁，加热至720^oC进行精炼处理后，加入含磷（p）0.01%的磷-铜（P-Cu）变质剂进行变质处理，经静置30处理分钟后直接浇注至成形模具中冷却凝固后获得过共晶Al-Si-Fe-Mg合金制品。所制得的过共晶Al-Si-Fe-Mg合金制品组织致密、增强颗粒尺寸较小，密度为3.2 g/cm³，在载荷为8.9N时，试样的磨损率为5.6×10^-6g/m。且机械加工性能良好，可用高速刀具进行车削和钻孔。

实施例2

选取铝（Al）、硅-铁（Si-Fe）中间合金、硅（Si）以及镁（Mg）等块体原料，根据合金烧损比例配制硅（Si）18%、镁（Mg）10%、铁（Fe）8%，其余为Al的合金成分。先将称量好的铝、硅-铁中间合金以及硅加热至850^oC，熔化制得Al-Si-Fe合金；再将Al-Si-Fe合金降温至670^oC，加入称量好的镁，加热至720^oC进行精炼处理后，加入含磷（p）0.015%的磷-铜（P-Cu）变质剂进行变质处理，经静置处理30分钟后直接浇注至成形模具中冷却凝固后获得过共晶Al-Si-Fe-Mg合金制品。所制得的过共晶Al-Si-Fe-Mg合金制品组织致密、增强颗粒尺寸较细小，密度为2.9 g/cm³，在载荷为8.9N时，试样的磨损率为4.2×10^-6g/m，且机械加工性能良好。

实施例3

选取铝（Al）、硅-铁（Si-Fe）中间合金、硅（Si）以及镁（Mg）等块体原料，根据合金烧损比例配制硅（Si）16%、镁（Mg）8%、铁（Fe）6%，其余为Al的合金成分。先将称量好的铝、硅-铁中间合金以及硅加热至850^oC，熔化制得Al-Si-Fe合金；再将Al-Si-Fe合金降温至650^oC，加入称量好的镁，加热至720^oC进行精炼处理后，加入含磷（p）0.01%的磷-铜（P-Cu）变质剂进行变质处理，经静置处理30分钟后直接浇注至成形模具中冷却凝固后获得过共晶Al-Si-Fe-Mg合金制品。所制得的过共晶Al-Si-Fe-Mg合金制品组织致密、增强颗粒尺寸较细小，密度为3.06g/cm³，在载荷为8.9N时，试样的磨损率为5.2×10^-6g/m，且机械加工性能良好。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种轻质高温耐磨铝合金，其特征在合金配方成份范围如下，重量百分比：

硅(Si)                  16-18%

镁(Mg)                 5-10%

铁(Fe)                  4-8%

铝及不可避免的杂质     余量。

2.按照权利要求1所述的轻质耐磨损铝合金，其特征在于：添加硼、铬、钒、钛、镍、铜、锰和磷中一种或几种组合，加入量为0.01-1.0%。