CN106191516A - 一种用于机械零部件的铜基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于机械零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：7‑8％、锡：9‑11.5％﹑锌:4‑6％、镍：1‑2％、铋：0.5‑1.5％、电解铜：余量，置于500公斤中频电炉内，加热至1200度～1250度，熔炼时间为2.5～3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1100度，保温静置时间为30～35分钟；本发明将碳化钛材料通过一定的技术手段均匀分布在电解铜、锑、锡、锌、镍、铋合金溶液当中，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，从而满足材料在各种机械零部件中应用的要求。

Description

一种用于机械零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，尤其涉及一种用于机械零部件的铜基复合材料及其制备方法。
背景技术
碳化钛，熔点高，导热性能好，硬度大，化学稳定好，不水解，高温抗氧化性好。高纯度的碳化钛粉末是一种由二氧化钛与炭黑在通氢气的碳管炉或调频真空炉内于1600度～1800度高温下反应制得的一种原材料。由于碳化钛硬度大，具有良好的力学性能，因此它是硬质合金生产的重要原料，可用于制造耐磨材料、切削刀具材料、机械零件等，还可制作熔炼锡、铅、镉、锌等金属的坩埚。
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，随着我国机械工业的迅速发展发展，机械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，本发明提供一种用于机械零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：
一种用于机械零部件的铜基复合材料的制备方法，包含如下步骤：
1)、按质量百分比计，将锑：7-8％、锡：9-11.5％﹑锌:4-6％、镍：1-2％、铋：0.5-1.5％、电解铜：余量，置于500公斤中频电炉内，加热至1200度～1250度，熔炼时间为2.5～3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1100度，保温静置时间为30～35分钟；
2)、按质量百分比计，将筛选完成后的纯度大于99.5％的碳化钛：4-5.5％，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350转/分钟，搅拌时间为15～20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3～5厘米，并继续保温；
4)、保温时间15-20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8次/秒；采用连续铸造的方式将复合材料溶液铸造成直径15～300毫米，长度1000毫米的毛坯圆锭；
6)、将毛坯圆锭放置箱式退火炉中进行热处理，处理温度为：200～230度，时间为30～35分钟；
7)、待退火完成的合金棒自然冷却后，采用高精度车床进行表面处理，使其直径公差在+/-0.05毫米,长度公差在+/-5毫米；
8)、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：7.3％，锡：9.8％，锌:4.5％,镍：1.3％，铋：0.8％，电解铜：余量，步骤2)中的碳化钛的质量百分数为:4.3％。
进一步地，步骤1)中的各组分的质量百分数为：锑：7.5％，锡：10.5％，锌:5％,镍：1.5％，铋：1％，电解铜：余量，步骤2)中的碳化钛的质量百分数为:4.8％。
进一步地，步骤1)中的各组分的质量百分数为：锑：7.8％，锡：11％，锌:5.5％,镍：1.9％，铋：1.2％，电解铜：余量，步骤2)中的碳化钛的质量百分数为:5％。
本发明还提供一种用于机械零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：本发明将碳化钛材料通过一定的技术手段均匀分布在电解铜、锑、锡、锌、镍、铋合金溶液当中，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，从而满足材料在各种机械零部件中应用的要求。
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。
一种用于机械零部件的铜基复合材料的制备方法，包含如下步骤：
1)、按照配比将锑：7.3％，锡：9.8％，锌:4.5％,镍：1.3％，铋：0.8％，电解铜：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1200度～1250度，熔炼时间为2.5～3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1100度，保温静置时间为30～35分钟；
2)、将筛选完成后的纯度大于99.5％的碳化钛：4.3％，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350转/分钟，搅拌时间为15～20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3～5厘米，并继续保温；
4)、保温时间15-20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8次/秒；采用连续铸造的方式将复合材料溶液铸造成直径15～300毫米，长度1000毫米的毛坯圆锭；
6)、将毛坯圆锭放置箱式退火炉中进行热处理，处理温度为：200～230度，时间为30～35分钟；
7)、待退火完成的合金棒自然冷却后，采用高精度车床进行表面处理，使其直径公差在+/-0.05毫米,长度公差在+/-5毫米；
8)、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：7.5％，锡：10.5％，锌:5％,镍：1.5％，铋：1％，电解铜：余量。
步骤2)中的碳化钛的质量百分比为：4.8％。
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：7.8％，锡：11％，锌:5.5％,镍：1.9％，铋：1.2％，电解铜：余量。
步骤2)中的碳化钛的质量百分比为：5％。
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，本发明的复合材料合金棒的强度和抗拉强度，都有增强。
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)

1.一种用于机械零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：7-8％、锡：9-11.5％﹑锌:4-6％、镍：1-2％、铋：0.5-1.5％、电解铜：余量，置于500公斤中频电炉内，加热至1200度～1250度，熔炼时间为2.5～3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1100度，保温静置时间为30～35分钟；
2)、按质量百分比计，将筛选完成后的纯度大于99.5％的碳化钛：4-5.5％，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350转/分钟，搅拌时间为15～20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3～5厘米，并继续保温；
4)、保温时间15-20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8次/秒；采用连续铸造的方式将复合材料溶液铸造成直径15～300毫米，长度1000毫米的毛坯圆锭；
6)、将毛坯圆锭放置箱式退火炉中进行热处理，处理温度为：200～230度，时间为30～35分钟；
7)、待退火完成的合金棒自然冷却后，采用高精度车床进行表面处理，使其直径公差在+/-0.05毫米,长度公差在+/-5毫米；
8)、包装并入库。
2.根据权利要求1所述的用于机械零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：7.3％，锡：9.8％，锌:4.5％,镍：1.3％，铋：0.8％，电解铜：余量，步骤2)中的碳化钛的质量百分数为:4.3％。
3.根据权利要求1所述的用于机械零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：7.5％，锡：10.5％，锌:5％,镍：1.5％，铋：1％，电解铜：余量，步骤2)中的碳化钛的质量百分数为:4.8％。
4.根据权利要求1所述的用于机械零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：7.8％，锡：11％，锌:5.5％,镍：1.9％，铋：1.2％，电解铜：余量，步骤2)中的碳化钛的质量百分数为:5％。
5.一种用于机械零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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