CN104232996A - 一种提高摩擦磨损性能的新型锌铝合金 - Google Patents

Abstract

本发明开发出一种提高摩擦磨损性能的新型锌铝合金，属于锌铝合金制备技术领域，其特征为：以工业铝锭A00号、锌锭0号、电解铜、结晶硅、TiNi合金、纯镁为原料，按比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。采用普通金属型铸造方法，以及对铸型施加整体振动。振动装置采用机械激振（频率50Hz，振幅20mm）装置。将金属型铸型放在振动台上，边振动边浇铸，将熔炼好的锌铝合金溶液浇铸成棒状试样毛坯，尺寸为Φ50mm，长400mm，然后进行力学性能和摩擦磨损性能测试。

Description

一种提高摩擦磨损性能的新型锌铝合金

技术领域

本发明属于锌铝合金制备技术领域，特指一种提高摩擦磨损性能的新型锌铝合金。

背景技术

铝锌合金的应用开发是20世纪80、90年代，是金属材料研究领域的热点之一。这是因为作为铜、锡及其合金的代用材料，锌铝合金是近十多年来国内外应用日益广泛的价廉、节能、优质的新材料，它具有硬度和强度高，阻尼性好，耐磨性好，摩擦系数小，摩擦升温低，材料和制造成本低廉等优点。同时还具有良好的工艺性能，不仅可用于压铸，还适用于砂型、金属型、石墨型等；而且原材料来源广、价格低廉、熔化时耗能低，无污染，使用寿命长等一系列优点，已经成为广泛应用的合金材料，是国内外发展很快的一类新型合金。

锌铝合金作为耐磨材料及工程材料，韧性和塑性较差限制了其应用。对于耐磨合金而言，耐磨性的高低与合金韧性有很大的关系，当锌铝合金延伸率为6％时，要比延伸率小于1％时的磨损量减少近一倍。但是通常情况下，砂型铸造的锌合金延伸率只会达到3.6％。作为耐磨材料的锌铝合金如果具有较高的塑性，就会钝化配对材料的微凸体，在滑过锌铝合金表面时，就不会形成深的沟槽，而只会压出一些浅的半圆形的沟槽，减少了磨损量。另外，锌铝合金的塑性好，就会大大减少材料因疲劳破坏而产生的剥落。这是由于高的塑韧性可降低因疲劳破坏而产生的裂纹扩展。因而，提高锌铝合金的塑性对提高其耐磨性具有重大关系。锌铝合金作为工程结构材料，也须有一定的塑性和韧性，这样在受冲击载荷时就不会发生脆性断裂，可提高其使用的可靠性。多年来人们为克服这些缺点以便扩大其应用范围进行了不懈的努力。

本发明开发出一种提高摩擦磨损性能的新型锌铝合金。

发明内容

本发明开发出一种提高摩擦磨损性能的新型锌铝合金，其特征为：以工业铝锭A00号、锌锭0号、电解铜、结晶硅、TiNi合金、纯镁为原料。成分为Al26-28wt%、Cu2.2-2.8wt%（以含铜50wt%的铝铜中间合金形式加入）、Si1.0-1.5wt%（以含硅28wt%的铝硅中间合金形式加入）、TiNi合金（以含钛45wt%、镍55wt%的合金形式加入）、纯Mg0.01-0.02wt%、余量是Zn的比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：加入铝锭、铝铜中间合金、铝硅中间合金、镍钛中间合金、锌锭，升温至600~650℃时保温6min-8 min使各元素均匀化，为减少镁的烧损用钟罩将镁压入金属液中，用含金属液0.2wt％的脱水ZnCl₂进行精炼，精炼时用钟罩将脱水ZnCl₂压入金属液中，静置8min-10min后扒渣除气，待温度为560℃-580℃时进行浇注。铸造工艺为：采用普通金属型铸造方法，并对铸型整体施加振动。振动装置采用机械激振（频率50Hz，振幅20mm）装置。将金属型铸型放在振动台上，边振动边浇铸，待合金凝固后关闭振动台，铸型棒材尺寸为Φ50mm，长400mm。

根据TiNi合金加入量的不同（加入量分别为0wt%、0.2wt%、0.4wt%、0.6wt%、0.8wt%、1.0wt%、1.2wt%），浇铸出七组锌铝合金棒材毛坯，然后将棒材加工成国家标准试棒，室温拉伸力学性能测试在WE-10型液压式拉伸实验机上进行，力学性能如表1所示。再在棒材上取样，通过线切割加工出摩擦磨损试样，摩擦磨损试样为圆环状，具体尺寸：外径Φ50 mm，内孔Φ10 mm，环厚度8mm。对磨件尺寸同上，材质为45#钢，硬度50－54HRC。摩擦磨损是在国产MM-2000型销盘式试验机上进行。磨损量以试样磨损前后的质量差来衡量，称量采用MAll0电子分析天平，精度为0.0001g。摩擦磨损类型为油润滑摩擦磨损，所用润滑油为46#机油，滴油速度为30滴每分钟。各试样开始试验前，先进行30min的预跑合，跑合完毕后测定原始重量，然后加载至预定的载荷进行预定时间的磨损试验。摩擦磨损试验结束后，将试样用丙酮超声清洗30min，再测定试样的重量，并计算出试样的磨损量(磨损失重)。每次测试前试样和对磨件都要用丙酮清洗，每次测试后下一次测试前要将对磨件用砂纸磨到1200号，防止下一次测试时对磨件的表面粗糙度发生变化。实验中，钢环转速200r/min，铜环转速180r/min，相对滑动速度0.05236m/s。

表1  TiNi合金加入量对锌铝合金力学性能的影响。

Ti-Ni加入量/wt%	抗拉强度σb/MPa	伸长率δ/ wt%	显微硬度/HV
				0	420.5	4.5	122
0.2	432.0	4.6	129
				0.4	439.5	5.2	138
0.6	447.5	5.6	145
				0.8	455.0	5.7	153
1.0	451.0	5.4	149
				1.2	436.5	5.0	142

附图说明    

　图1 不同载荷时加入不同含量的NiTi中间合金对锌铝合金摩擦磨损性能的影响（磨损时间：1小时）；

图2 不同载荷时加入不同含量的NiTi中间合金对锌铝合金摩擦磨损性能的影响（磨损时间：3小时）；

图3 不同载荷时加入不同含量的NiTi中间合金对锌铝合金摩擦磨损性能的影响（磨损时间：5小时）。

具体实施方式  

实施例。

以工业铝锭A00号、锌锭0号、电解铜、结晶硅、TiNi合金、纯镁为原料。成分为Al26-28wt%、Cu2.2-2.8wt%（以含铜50wt%的铝铜中间合金形式加入）、Si1.0-1.5wt%（以含硅28wt%的铝硅中间合金形式加入）、TiNi合金（以含钛45wt%、镍55wt%的合金形式加入）、纯Mg0.01-0.02wt%、余量是Zn的比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：加入铝锭、铝铜中间合金、铝硅中间合金、镍钛中间合金、锌锭，升温至600~650℃时保温6min-8 min使各元素均匀化，为减少镁的烧损用钟罩将镁压入金属液中，用含金属液0.2wt％的脱水ZnCl₂进行精炼，精炼时用钟罩将脱水ZnCl₂压入金属液中，静置8min-10min后扒渣除气，待温度为560℃-580℃时进行浇注。铸造工艺为：采用普通金属型铸造方法，并对铸型整体施加振动。振动装置采用机械激振（频率50Hz，振幅20mm）装置。将金属型铸型放在振动台上，边振动边浇铸，待合金凝固后关闭振动台，铸型棒材尺寸为Φ50mm，长400mm。根据TiNi合金加入量的不同（加入量分别为0wt%、0.2wt%、0.4wt%、0.6wt%、0.8wt%、1.0wt%、1.2wt%），浇铸出七组锌铝合金棒材毛坯，然后将棒材加工成国家标准试棒，室温拉伸力学性能测试在WE-10型液压式拉伸实验机上进行，力学性能如表1所示。再在棒材上取样，通过线切割加工出摩擦磨损试样，摩擦磨损试样为圆环状，具体尺寸：外径Φ50 mm，内孔Φ10 mm，环厚度8mm。对磨件尺寸同上，材质为45#钢，硬度50－54HRC。摩擦磨损是在国产MM-2000型销盘式试验机上进行。磨损量以试样磨损前后的质量差来衡量，称量采用MAll0电子分析天平，精度为0.0001g。摩擦磨损类型为油润滑摩擦磨损，所用润滑油为46#机油，滴油速度为30滴每分钟。各试样开始试验前，先进行30min的预跑合，跑合完毕后测定原始重量，然后加载至预定的载荷进行预定时间的磨损试验。摩擦磨损试验结束后，将试样用丙酮超声清洗30min，再测定试样的重量，并计算出试样的磨损量(磨损失重)。每次测试前试样和对磨件都要用丙酮清洗，每次测试后下一次测试前要将对磨件用砂纸磨到1200号，防止下一次测试时对磨件的表面粗糙度发生变化。实验中，钢环转速200r/min，铜环转速180r/min，相对滑动速度0.05236m/s。磨损1－5小时不同载荷下，锌铝合金的摩擦磨损性能如图1－3所示。

Claims (3)

1.一种提高摩擦磨损性能的新型锌铝合金，其特征为：以工业铝锭A00号、锌锭0号、电解铜、结晶硅、TiNi合金、纯镁为原料；成分为Al26-28wt%、Cu2.2-2.8wt%（以含铜50wt%的铝铜中间合金形式加入）、Si1.0-1.5wt%（以含硅28wt%的铝硅中间合金形式加入）、TiNi合金（以含钛45wt%、镍55wt%的合金形式加入）、纯Mg0.01-0.02wt%、余量是Zn的比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼；熔炼工艺为：加入铝锭、铝铜中间合金、铝硅中间合金、镍钛中间合金、锌锭，升温至600~650℃时保温6min-8 min使各元素均匀化，为减少镁的烧损用钟罩将镁压入金属液中，用含金属液0.2wt％的脱水ZnCl₂进行精炼，精炼时用钟罩将脱水ZnCl₂压入金属液中，静置8min-10min后扒渣除气，待温度为560℃-580℃时进行浇注；铸造工艺为：采用普通金属型铸造方法，并对铸型整体施加振动，振动装置采用机械激振装置，频率50Hz，振幅20mm；将金属型铸型放在振动台上，边振动边浇铸，待合金凝固后关闭振动台，铸型棒材尺寸为Φ50mm，长400mm。

2.根据权利要求1所述一种提高摩擦磨损性能的新型锌铝合金，根据TiNi合金加入量的不同，加入量分别为0wt%、0.2wt%、0.4wt%、0.6wt%、0.8wt%、1.0wt%、1.2wt%，浇铸出七组锌铝合金棒材毛坯，然后将棒材加工成国家标准试棒，室温拉伸力学性能测试在WE-10型液压式拉伸实验机上进行；再在棒材上取样，通过线切割加工出摩擦磨损试样，摩擦磨损试样为圆环状，具体尺寸：外径Φ50 mm，内孔Φ10 mm，环厚度8mm；对磨件尺寸同上，材质为45#钢，硬度50－54HRC；摩擦磨损是在国产MM-2000型销盘式试验机上进行，磨损量以试样磨损前后的质量差来衡量，称量采用MAll0电子分析天平，精度为0.0001g，摩擦磨损类型为油润滑摩擦磨损，所用润滑油为46#机油，滴油速度为30滴每分钟，各试样开始试验前，先进行30min的预跑合，跑合完毕后测定原始重量，然后加载至预定的载荷进行预定时间的磨损试验，摩擦磨损试验结束后，将试样用丙酮超声清洗30min，再测定试样的重量，并计算出试样的磨损量，每次测试前试样和对磨件都要用丙酮清洗，每次测试后下一次测试前要将对磨件用砂纸磨到1200号，防止下一次测试时对磨件的表面粗糙度发生变化，实验中，钢环转速200r/min，铜环转速180r/min，相对滑动速度0.05236m/s。

3.根据权利要求1所述一种提高摩擦磨损性能的新型锌铝合金，TiNi合金加入量为0.8wt%时，锌铝合金力学性能和摩擦磨损性能最优。