CN104372198A

CN104372198A - 一种提高在酸性介质下滚动磨损性能的铜锌铝记忆合金

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Publication number: CN104372198A
Application number: CN201310358456.0A
Authority: CN
Inventors: 刘光磊; 李晓薇; 司松海; 杨嵩; 白高鹏
Original assignee: Zhenjiang Yinuowei Shape Memory Alloys Co Ltd
Current assignee: Zhenjiang Yinuowei Shape Memory Alloys Co Ltd
Priority date: 2013-08-16
Filing date: 2013-08-16
Publication date: 2015-02-25

Abstract

一种提高在酸性介质下滚动磨损性能的铜锌铝形状记忆合金，属于铜基形状记忆合金制备技术领域，其特征为：以电解铜、锌锭0号、工业铝锭A00号、复合稀土变质剂为原料。成分按Zn24.5～26wt%、Al3.5～4wt%、复合稀土变质剂0.2～1.2wt%、余量是铜的比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。加入预热过的电解铜、锌锭，铝锭，待材料全部熔化后，升温至1250℃采用冲入法加入复合稀土变质剂，熔炼后浇注成直径为φ80×150mm的铸锭，然后对铸锭进行退火处理和热处理，最后对其制备的试样进行力学性能和在酸性介质下的滚动磨损性能测试。

Description

一种提高在酸性介质下滚动磨损性能的铜锌铝记忆合金

技术领域

本发明属于铜基记忆合金制备技术领域，特指一种提高在酸性介质下滚动磨损性能的铜锌铝记忆合金。

背景技术

记忆合金无论在生产工艺，还是在材料及元件的应用上都在不断的开拓和发展，迅速应用到国防、汽车、机械、能源、交通及生物学等领域。其中，铜基记忆合金是目前发现的记忆合金的主要类型。近年来的研究表明记忆合金除具有形状记忆、伪弹性和高阻尼外，还具有良好的耐磨损性能。记忆合金具有优良的耐磨损性能是由前苏联学者AkceAoB于1982年提出的，但当时未引起重视。据所查的文献来看，对记忆合金磨损性能的研究，国外主要集中NiTi基合金上，对Cu基记忆合金磨损性能的研究鲜有报道。国内对这方面的报道不多，且不同的学者对记忆合金的耐磨机理有不同的见解。铜锌铝记忆合金作为铜基记忆合金中最具有实用价值的合金之一，具有生产工艺简单，成本低廉（价格仅为Ni-Ti系合金的十分之一），有良好的记忆性能（仅次于Ni-Ti系合金），其相变点可以在-100℃～300℃范围内调节，应用前景非常广阔。作为一种实用性材料，铜锌铝记忆合金倍受关注的问题是形状记忆稳定性差，表现出记忆性能衰退现象，严重影响了滚动磨损性能，极大的限制了应用范围，因此对它的研究和开发具有重大意义。

本发明开发出一种提高在酸性介质下滚动磨损性能的铜锌铝记忆合金。

发明内容

本发明开发出一种提高在酸性介质下滚动磨损性能的铜锌铝记忆合金，其特征为：以电解铜、锌锭0号、工业铝锭A00号、复合稀土变质剂（其中：Tb8～11wt％、Y 8～11wt％、Pr8～11wt％、Ce7～9wt％、Lu7～9 wt％、La＋Sc＋Nd＋Eu＋Gd＋Er＋Ho＋Tm为10～20wt %、Ni 3～6wt % 、V 2～4wt %， B 1～4wt %，余为铜）为原料。成分按Zn24.5～26wt%、Al3.5～4 wt%、复合稀土变质剂0.2～1.2wt%、余量是铜的比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：加入预热过的电解铜、锌锭，铝锭，待材料全部熔化后，升温至1250℃采用冲入法加入复合稀土变质剂，熔炼后浇注成直径为φ80×150mm的铸锭。退火处理是加热到850℃保温24小时后随炉冷却，然后去除表面2-3mm的脱锌层，再将铸锭在850℃保温半小时后锻打成φ55×60mm的棒材。最后进行热处理，其具体工艺为：850℃保温30分钟后淬入室温机油中，再放入150℃机油中保温时效30分钟，最后在50℃水中保温时效15分钟。该铜锌铝记忆合金材料在酸性介质下的滚动磨损性能得到显著提高。

将热处理后的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，通过线切割加工出滚动磨损试样，滚动磨损试样为圆环状，具体尺寸：外径Φ50 mm，内孔Φ16 mm，环厚度8mm。对磨件尺寸同上，材质为45#钢，硬度50－54HRC。滚动磨损是在国产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。酸性介质为自配的稀H₂SO₄溶液，pH2.0-5.0，滴速为20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。滚动磨损试验结束后，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。

附图说明

图1 不同预定载荷对铜锌铝记忆合金磨损量的影响（PH=5.0，试验时间6小时）

图2 不同预定载荷对铜锌铝记忆合金磨损量的影响（PH=2.0，试验时间6小时）

具体实施方式

实施例1

以电解铜、锌锭0号、工业铝锭A00号、复合稀土变质剂为原料。成分按Zn24.5wt%、Al3.5wt%、复合稀土变质剂0.2wt%、余量是铜的比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：加入预热过的电解铜、锌锭，铝锭，待材料全部熔化后，升温至1250℃采用冲入法加入复合稀土变质剂，熔炼后浇注成直径为φ80×150mm的铸锭。退火处理是加热到850℃保温24小时后随炉冷却，然后去除表面2-3mm的脱锌层，再将铸锭在850℃保温半小时后锻打成φ55×60mm的棒材。最后进行热处理，其具体工艺为：850℃保温30分钟后淬入室温机油中，再放入150℃机油中保温时效30分钟，最后在50℃水中保温时效15分钟。将热处理后的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，通过线切割加工出滚动磨损试样，滚动磨损试样为圆环状，具体尺寸：外径Φ50 mm，内孔Φ16 mm，环厚度8mm。对磨件尺寸同上，材质为45#钢，硬度50－54HRC。滚动磨损是在国产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。酸性介质为自配的稀H₂SO₄溶液，pH2.0-5.0，滴速为20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。滚动磨损试验结束后，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。此时，铜锌铝记忆合金的抗拉强度为520MPa，伸长率达到7.3%，硬度为166HB，标记为1号试样，滚动磨损性能见图1和图2。

实施例2

以电解铜、锌锭0号、工业铝锭A00号、复合稀土变质剂为原料。成分按按Zn25.35%、Al3.75%、复合稀土变质剂0.8%、余量是铜的比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：加入预热过的电解铜、锌锭，铝锭，待材料全部熔化后，升温至1250℃采用冲入法加入复合稀土变质剂，熔炼后浇注成直径为φ80×150mm的铸锭。退火处理是加热到850℃保温24小时后随炉冷却，然后去除表面2-3mm的脱锌层，再将铸锭在850℃保温半小时后锻打成φ55×60mm的棒材。最后进行热处理，其具体工艺为：850℃保温30分钟后淬入室温机油中，再放入150℃机油中保温时效30分钟，最后在50℃水中保温时效15分钟。将热处理后的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，通过线切割加工出滚动磨损试样，滚动磨损试样为圆环状，具体尺寸：外径Φ50 mm，内孔Φ16 mm，环厚度8mm。对磨件尺寸同上，材质为45#钢，硬度50－54HRC。滚动磨损是在国产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。酸性介质为自配的稀H₂SO₄溶液，pH2.0-5.0，滴速为20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。滚动磨损试验结束后，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。此时，铜锌铝记忆合金的抗拉强度为540MPa，伸长率达到7.6%，硬度为192HB，标记为2号试样，滚动磨损性能见图1和图2。

实施例3

以电解铜、锌锭0号、工业铝锭A00号、复合稀土变质剂为原料。成分按按Zn26%、Al4%、复合稀土变质剂1.2%、余量是铜的比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：加入预热过的电解铜、锌锭，铝锭，待材料全部熔化后，升温至1250℃采用冲入法加入复合稀土变质剂，熔炼后浇注成直径为φ80×150mm的铸锭。退火处理是加热到850℃保温24小时后随炉冷却，然后去除表面2-3mm的脱锌层，再将铸锭在850℃保温半小时后锻打成φ55×60mm的棒材。最后进行热处理，其具体工艺为：850℃保温30分钟后淬入室温机油中，再放入150℃机油中保温时效30分钟，最后在50℃水中保温时效15分钟。将热处理后的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，通过线切割加工出滚动磨损试样，滚动磨损试样为圆环状，具体尺寸：外径Φ50 mm，内孔Φ16 mm，环厚度8mm。对磨件尺寸同上，材质为45#钢，硬度50－54HRC。滚动磨损是在国产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。酸性介质为自配的稀H₂SO₄溶液，pH2.0-5.0，滴速为20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。滚动磨损试验结束后，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。此时，铜锌铝记忆合金的抗拉强度为528MPa，伸长率达到7.5%，硬度为176HB，标记为3号试样，滚动磨损性能见图1和图2。

Claims

1.一种提高在酸性介质下滚动磨损性能的铜锌铝形状记忆合金，其特征为：以电解铜、锌锭0号、工业铝锭A00号、复合稀土变质剂，其中：Tb8～11wt％、Y 8～11wt％、Pr8～11wt％、Ce7～9wt％、Lu7～9 wt％、La＋Sc＋Nd＋Eu＋Gd＋Er＋Ho＋Tm为10～20wt %、Ni 3～6wt % 、V 2～4wt %， B 1～4wt %，余为铜，为原料；成分按Zn24.5～26wt%、Al3.5～4 wt%、复合稀土变质剂0.2～1.2wt%、余量是铜的比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼；熔炼工艺为：加入预热过的电解铜、锌锭，铝锭，待材料全部熔化后，升温至1250℃采用冲入法加入复合稀土变质剂，熔炼后浇注成直径为φ80×150mm的铸锭；退火处理是加热到850℃保温24小时后随炉冷却，然后去除表面2-3mm的脱锌层，再将铸锭在850℃保温半小时后锻打成φ55×60mm的棒材；最后进行热处理，其具体工艺为：850℃保温30分钟后淬入室温机油中，再放入150℃机油中保温时效30分钟，最后在50℃水中保温时效15分钟；将热处理后的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，通过线切割加工出滚动磨损试样，滚动磨损试样为圆环状，具体尺寸：外径Φ50 mm，内孔Φ16 mm，环厚度8mm；对磨件尺寸同上，材质为45#钢，硬度50－54HRC；滚动磨损是在国产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；酸性介质为自配的稀H₂SO₄溶液，pH2.0-5.0，滴速为20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；滚动磨损试验结束后，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。

2.根据权利要求1所述一种提高在酸性介质下滚动磨损性能的铜锌铝形状记忆合金，成分按按Zn25.35%、Al3.75%、复合稀土变质剂0.8%、余量是铜的比例熔炼制备的铜锌铝记忆合金的抗拉强度为540MPa，伸长率达到7.6%，硬度为192HB，在酸性介质条件下滚动磨损性能表现优异。

3.根据权利要求1所述一种提高在酸性介质下滚动磨损性能的铜锌铝形状记忆合金，退火处理是加热到850℃保温24小时后随炉冷却，然后去除表面2-3mm的脱锌层，再将铸锭在850℃保温半小时后锻打成φ55×60mm的棒材；最后进行热处理，其具体工艺为：850℃保温30分钟后淬入室温机油中，再放入150℃机油中保温时效30分钟，最后在50℃水中保温时效15分钟；此时，在酸性介质条件下铜锌铝形状记忆合金滚动磨损性能表现优异。