CN106119598A - 一种应用于机车引擎部件的铜基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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陈静
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Abstract

本发明公开了一种应用于机车引擎部件的铜基复合材料的制备方法，包含如下步骤：按质量百分比计，将锑：5～6.5％、锡：8～9.5％﹑锌:1～3％、镍：0.5～1.5％、磷：0.1～0.5％、铜：余量，置于500公斤中频电炉内，加热至1100度～1150度，熔炼时间为1.5～2小时；同时用耐高温石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌，合金完全熔化后保温至1080度，保温静置时间为20～25分钟；本发明将硼化钛材料通过一定的技术手段均匀分布在铜、锑、锡、锌、镍、磷合金溶液当中，利用硼化钛高硬度的性能，实现合金材料的性能的进一步提升；本发明所得到的复合合金新材料具有更高的强度﹑硬度，从而满足材料在机车引擎中应用的要求。

Description

一种应用于机车引擎部件的铜基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金材料领域，尤其涉及一种应用于机车引擎部件的铜基复合材料及其制备方法。
背景技术
硼化钛是硼和钛最稳定的化合物，以其价键形式结合，属六方晶系的准金属化合物。硼化钛内部类似于石墨的硼原子层状结构和钛外层电子决定了硼化钛具有良好的导电性和金属光泽，而硼原子面和钛原子面之间Ti-B键决定了这种材料的高硬度和脆性的特点。因此，硼化钛可作为多元复合材料的重要组元，与多种金属或非金属材料组成复合材料，制作各种耐高温部件及功能部件，如高温坩埚、引擎部件等。
锡青铜是铸造收缩率最小的有色金属合金，用来生产形状复杂、轮廓清晰、气密性要求不高的铸件，锡青铜在大气、海水、淡水和蒸汽中十分耐蚀，广泛应用于各类耐磨轴瓦、轴套、法兰及齿轮等方面，尤其用于高速铁路装备。另外，随着我国高速铁路的迅速发展发展，高速机车的制造需要大批量高性能的合金或者复合材料，而可铸造性能优越的锡青铜将是必要的选择，但是其性能只有进一步提到才能满足相应的要求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种应用于机车引擎部件的铜基复合材料及其制备方法，能够提高复合材料的强度和硬度。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种应用于机车引擎部件的铜基复合材料的制备方法，其特征在于：包含如下步骤：
1)、按质量百分比计，将锑：5～6.5％、锡：8～9.5％﹑锌:1～3％、镍：0.5～1.5％、磷：0.1～0.5％、铜：余量，置于500公斤中频电炉内，加热至1100度～1150度，熔炼时间为1.5～2小时；同时用耐高温石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌，合金完全熔化后保温至1080度，保温静置时间为20～25分钟；
2)、按质量百分比计，将筛选完成后的纯度大于99％的硼化钛：2～3％，添加到保温完成的合金溶液表面，并开启搅拌装置，搅拌速率为500转/分钟，搅拌时间为5～10分钟；
3)、在搅拌完成的溶液上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度约为2～3厘米，并继续保温；
4)、保温时间20～25分钟后，取样品采用光谱与化学分析方法，对材料成分进行检测，已确定在设定范围之内；
5)、重新升温至1200度，并开启中频电炉的振动装置，振动频率为10次/秒；并采用浇铸的方式将复合材料铸造为重量10～12公斤的块状，以便根据机车引擎的需要进一步再加工；
6)、包装并入库。
进一步地，步骤1)中的各组分的质量百分数为：锑：5.3％，锡：8.3％，锌:1.5％,镍：0.8％，磷：0.2％，铜：余量，步骤2)中的硼化钛的质量百分比为：2.3％。
进一步地，步骤1)中的各组分的质量百分数为：锑：5.7％，锡：8.7％，锌:2％,镍：1％，磷：0.3％，铜：余量，步骤2)中的硼化钛的质量百分比为：2.5％。
进一步地，步骤1)中的各组分的质量百分数为：锑：6％，锡：9％，锌:2.5％,镍：1.3％，磷：0.4％，铜：余量，步骤2)中的硼化钛的质量百分比为：2.8％。
本发明还提供一种应用于机车引擎部件的铜基复合材料，所述材料采用前述的方法来制备。
本发明的有益效果为：本发明将硼化钛材料通过一定的技术手段均匀分布在铜、锑、锡、锌、镍、磷合金溶液当中，利用硼化钛高硬度的性能，实现合金材料的性能的进一步提升。本发明所得到的复合合金新材料具有更高的强度﹑硬度，从而满足材料在机车引擎中应用的要求。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种应用于机车引擎部件的铜基复合材料的制备方法，它包含如下步骤：
1)、按照配比将锑：5.3％，锡：8.3％，锌:1.5％,镍：0.8％，磷：0.2％，铜：余量的质量百分比，配置原料，并置于500公斤中频电炉内，加热至1100度～1150度，熔炼时间为1.5～2小时；同时用耐高温石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌，合金完全熔化后保温至1080度，保温静置时间为20～25分钟；
2)、将筛选完成后的纯度大于99％的硼化钛：2.3％，以质量百分比计，添加到保温完成的合金溶液表面，并开启搅拌装置，搅拌速率为500转/分钟，搅拌时间为5～10分钟；
3)、在搅拌完成的溶液上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度约为2～3厘米，并继续保温；
4)、保温时间20～25分钟后，取样品采用光谱与化学分析方法，对材料成分进行检测，已确定在设定范围之内；
5)、重新升温至1200度，并开启中频电炉的振动装置，振动频率为10次/秒；并采用浇铸的方式将复合材料铸造为重量10～12公斤的块状，以便根据机车引擎的需要进一步再加工；
6)、包装并入库。
实施例2
实施例2与实施例1仅仅在原料配比方面是不同的，其他方面是相同的。因此，以下将仅就不同之处进行说明。
步骤1)中的各成分的质量百分比为：锑：5.7％，锡：8.7％，锌:2％,镍：1％，磷：0.3％，铜：余量。
步骤2)中的硼化钛的质量百分比为：2.5％。
根据本实施例2，能够起到与实施例1基本相同的效果。
实施例3
实施例3与实施例1和2仅仅在原料配比方面是不同的，其他方面是相同的。因此，以下将仅就不同之处进行说明。
步骤1)中的各成分的质量百分比为：锑：6％，锡：9％，锌:2.5％,镍：1.3％，磷：0.4％，铜：余量。
步骤2)中的的质量百分比为硼化钛：2.8％。
根据本实施例3，能够起到与实施例1和2基本相同的效果。
本发明复合材料材料性能与传统锡青铜性能对比表
由上表可知，本发明复合材料合金棒的硬度和抗拉强度，都得到了提高。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种应用于机车引擎部件的铜基复合材料的制备方法，其特征在于：包含如下步骤：
1)、按质量百分比计，将锑：5～6.5％、锡：8～9.5％﹑锌:1～3％、镍：0.5～1.5％、磷：0.1～0.5％、铜：余量，置于500公斤中频电炉内，加热至1100度～1150度，熔炼时间为1.5～2小时；同时用耐高温石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌，合金完全熔化后保温至1080度，保温静置时间为20～25分钟；
2)、按质量百分比计，将筛选完成后的纯度大于99％的硼化钛：2～3％，添加到保温完成的合金溶液表面，并开启搅拌装置，搅拌速率为500转/分钟，搅拌时间为5～10分钟；
3)、在搅拌完成的溶液上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度约为2～3厘米，并继续保温；
4)、保温时间20～25分钟后，取样品采用光谱与化学分析方法，对材料成分进行检测，已确定在设定范围之内；
5)、重新升温至1200度，并开启中频电炉的振动装置，振动频率为10次/秒；并采用浇铸的方式将复合材料铸造为重量10～12公斤的块状，以便根据机车引擎的需要进一步再加工；
6)、包装并入库。
2.根据权利要求1所述的应用于机车引擎部件的铜基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中的各组分的质量百分数为：锑：5.3％，锡：8.3％，锌:1.5％,镍：0.8％，磷：0.2％，铜：余量，步骤2)中的硼化钛的质量百分比为：2.3％。
3.根据权利要求1所述的应用于机车引擎部件的铜基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中的各组分的质量百分数为：锑：5.7％，锡：8.7％，锌:2％,镍：1％，磷：0.3％，铜：余量，步骤2)中的硼化钛的质量百分比为：2.5％。
4.根据权利要求1所述的应用于机车引擎部件的铜基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中的各组分的质量百分数为：锑：6％，锡：9％，锌:2.5％,镍：1.3％，磷：0.4％，铜：余量，步骤2)中的硼化钛的质量百分比为：2.8％。
5.一种应用于机车引擎部件的铜基复合材料，其特征在于：所述材料采用权利要求1-4中任一项所述的方法制备。
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