CN107058739B - 一种过共晶铝硅复合材料及其制造方法、应用 - Google Patents

一种过共晶铝硅复合材料及其制造方法、应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种过共晶铝硅复合材料及其制造方法、应用，涉及合金材料技术领域。过共晶铝硅复合材料的制造方法包括以下步骤：将附着有处理液的过共晶铝硅合金废屑置于200～500℃下，烘干1～10h；其中，处理液选自切削液、有机溶剂中的一种或多种；将烘干后的废屑加热至200～400℃，然后保温1～30min，再进行挤压。本发明提供的过共晶铝硅复合材料的制造方法操作简单、制造方便，设备精度要求低，制造成本也低。

Description

一种过共晶铝硅复合材料及其制造方法、应用
技术领域
本发明涉及合金材料技术领域，具体而言，涉及一种过共晶铝硅复合材料及其制造方法、应用。
背景技术
过共晶铝硅合金具有耐磨性高、耐热耐腐蚀性好、热膨胀系数小和体积稳定性好等特点，特别适用于制造轻而耐磨的零件，是制造发动机关键部件气缸和活塞的理想材料。目前过共晶铝硅合金作为耐磨材料已得到广泛应用，而为进一步提高过共晶铝硅合金的耐磨性，扩大过共晶铝硅合金的适用范围，应对过共晶铝硅合金进行更深入的研究。现有技术中，提高过共晶铝硅合金耐磨性的方法主要为制备过共晶铝硅合金复合材料，多通过添加SiC和TiB等化合物来实现，而制造方法主要包括粉末冶金、固相扩散、液相浸渗等，但这些方法普遍存在工艺复杂、设备精度要求高、制造成本高等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种过共晶铝硅复合材料的制造方法，此制造方法操作简单、制造方便，设备精度要求低，制造成本也低。
本发明的另一目的在于提供一种过共晶铝硅复合材料，该复合材料的耐磨性好，生产成本低。
本发明的另一目的在于提供上述过共晶铝硅复合材料的应用。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：
一种过共晶铝硅复合材料的制造方法，包括以下步骤：
将附着有处理液的过共晶铝硅合金废屑置于200～500℃下，烘干1～10h；其中，处理液选自切削液、有机溶剂中的一种或多种；
将烘干后的废屑加热至200～400℃，然后保温1～30min，再进行挤压。
优选地，在本发明较佳实施例中，上述附着有处理液的过共晶铝硅合金废屑为机械加工过程中产生的带有切削液或有机溶剂的废屑，或者为现制现用的过共晶铝硅合金废屑，现制现用包括：将过共晶铝硅合金废屑与切削液或有机溶剂混合。
优选地，在本发明较佳实施例中，上述切削液选自油基切削液、水基切削液中的一种或多种，有机溶剂选自烷烃、烯烃、醇、醛、胺、酯、醚、酮、芳香烃、氢化烃、萜烯烃、卤代烃、杂环化合物中的一种或多种。
优选地，在本发明较佳实施例中，将附着有处理液的过共晶铝硅合金废屑置于200～500℃下的环境条件为保护气体环境条件，保护气体选自氮气、惰性气体中的一种或多种。
优选地，在本发明较佳实施例中，将烘干后的废屑加热至200～400℃，然后保温1～30min，再进行挤压，具体为：将废屑装入第一挤压装置，然后将第一挤压装置加热至200～400℃，然后保温1～30min，再对第一挤压装置进行挤压。
优选地，在本发明较佳实施例中，挤压时，挤压压力为300～800MPa，保压时间为5～60s。
优选地，在本发明较佳实施例中，在挤压之后，还包括：将挤压得到的压坯装入第二挤压装置中，将第二挤压装置加热至200～400℃，保温1～30min，然后再次挤压，得到棒材。
优选地，在本发明较佳实施例中，再次挤压的挤压压力为600～1200MPa，挤压比为23～27:1。
另外，一种过共晶铝硅复合材料，是通过上述的过共晶铝硅复合材料的制造方法制得。
另外，过共晶铝硅复合材料在耐磨零件中的应用。
相对于现有技术，本发明包括以下有益效果：过共晶铝硅合金在生产加工过程中附着切削液、有机溶剂是非常普遍的，而其在切削过程中又能得到废屑，本发明正是利用附着了处理液(切削液、有机溶剂中的一种或多种)的过共晶铝硅合金的废屑作为制作原料，如此，实现了对过共晶铝硅合金的回收利用。在200～500℃的温度条件下，废屑表面附着的处理液分解为水、气体(如二氧化碳、氢气等)和无定型碳，分解后的水和气体蒸发，而一部分碳元素以无定形碳的形式附着在过共晶铝硅合金废屑表面，增强材料的润滑作用，形成带有无定形碳的过共晶铝硅合金废屑，再通过挤压，得到高强度耐磨的过共晶铝硅复合材料。
本发明提供的制造方法工艺简单、设备精度要求低，大大降低了生产成本，而且其采用非重熔的方法使无定形碳均匀的分布在材料中，无需重新融化，从而也避免了无定形碳由于密度小而在熔融金属内出现偏聚的现象。本发明制得的过共晶铝硅复合材料的耐磨性与现有的过共晶铝硅合金的耐磨性相比，提高了至少20％。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例三提供的利用第一挤压装置压制压坯的状态剖视图；
图2是本发明实施例三提供的利用第二挤压装置挤压棒材的状态剖视图。
图标：100-第一挤压装置；101-第一冲头；102-第一模具；103-第一套筒；104-垫片；105-压坯；200-第二挤压装置；201-第二冲头；202-第二模具；203-第二套筒；204-挤出模具；205-棒材。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的过共晶铝硅复合材料及其制造方法、应用进行具体说明。
过共晶铝硅复合材料的制造方法包括步骤S1：将附着有处理液的过共晶铝硅合金废屑置于200～500℃下，烘干1～10h；其中，处理液选自切削液、有机溶剂中的一种或多种。
废屑表面的处理液在高温下分解为水、气体，并残留一部分无定型碳，无定形碳的残留量一般在15％以下，残留的无定形碳均匀的附着在切屑表面，形成带有无定形碳的过共晶铝硅合金废屑。
其中，附着有处理液的过共晶铝硅合金废屑为机械加工过程中产生的带有切削液或有机溶剂的废屑，或者为现制现用的过共晶铝硅合金废屑，现制现用包括：将过共晶铝硅合金废屑与切削液或有机溶剂混合。也就是说，过共晶铝硅合金废屑可以是成品废屑(在机加工过程中产生的已带有切削液或有机溶剂的废屑)，也可以是现制现用的废屑。若是现制现用，则可以将废屑倒入装有切削液或有机溶剂的容器中，保证液体浸没废屑，以使废屑表面都沾有液体，然后搅拌1～10min，使废屑与液体更加充分的混合(当然也可以不搅拌)，再用漏网将废屑捞出，得到附着有处理液的过共晶铝硅合金废屑。
所提到的切削液包括现有机械加工过程(包括车、铣、刨、磨)中使用的所有切削液(包括油基切削液和水基切削液)，包括乳化液、润滑液、冷却液、防锈液等，有机溶剂包括烷烃、烯烃、醇、醛、胺、酯、醚、酮、芳香烃、氢化烃、萜烯烃、卤代烃、杂环化合物等中的一种或多种。
操作时，可以将附着有处理液的过共晶铝硅合金废屑均匀的平铺到钢板或铁网上，然后在保护气体的环境条件下，在200～500℃下烘干1～10h，保护气体选自氮气、惰性气体中的一种或多种。如此，可以排除其他气体杂质的影响。
过共晶铝硅复合材料的制造方法还包括步骤S2：将烘干后的废屑加热至200～400℃，然后保温1～30min，再进行挤压。
操作时，可以将废屑装入挤压装置，将挤压装置加热至200～400℃，然后保温1～30min，再对挤压装置进行挤压。将废屑装入挤压装置后，再对整个装置进行加热，能够极大的降低废屑的热量散失率，使废屑保持在较高温度时得到挤压，如此，就能够保证压制得到的压坯的质量，避免压坯产生裂纹等缺陷。
挤压时，挤压压力为300～800MPa，保压时间为5～60s。
在挤压之后，还包括：将挤压得到的压坯装入另一挤压装置中，将该挤压装置加热至200～400℃，保温1～30min，然后再次挤压，得到棒材。进行此种操作，能够得到符合生产需要的过共晶铝硅复合棒材。
其中，再次挤压的挤压压力为600～1200MPa，挤压比为23～27:1。
本发明还提供了一种过共晶铝硅复合材料，是通过上述的过共晶铝硅复合材料的制造方法制得。
本发明还提供了上述过共晶铝硅复合材料在耐磨零件中的应用。上述过共晶铝硅复合材料在汽车、摩托车、军工等领域中应用广泛，而耐磨零件主要是指如坦克车、摩托车、汽车发动机的活塞、缸套及缸体等耐磨零件。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述：
实施例一
本实施例提供的过共晶铝硅复合材料的制造方法，包括以下步骤：
S1：将附着有QW-5铝合金切削液的AC9B过共晶铝硅合金废屑均匀的平铺到钢板上，然后在200℃下烘干10h；
S2：将烘干后的废屑加热至200℃，然后保温30min，再进行挤压，其中，挤压压力为300MPa，保压时间为60s。
本实施例还提供了一种过共晶铝硅复合材料，是通过上述的过共晶铝硅复合材料的制造方法制得。
实施例二
本实施例提供的过共晶铝硅复合材料的制造方法，包括以下步骤：
S1：将A390过共晶铝硅合金废屑倒入装有切削液(嘉实多全合成水溶性切削液Castrology Syntilo9930)的容器中，保证切削液浸没废屑，然后用漏网将废屑捞出，得到附着有切削液的A390过共晶铝硅合金废屑；
将废屑均匀的平铺到铁网上，然后在500℃下烘干1h；
S2：将烘干后的废屑加热至400℃，然后保温1min，再进行挤压，其中，挤压压力为800MPa，保压时间为5s。
本实施例还提供了一种过共晶铝硅复合材料，是通过上述的过共晶铝硅复合材料的制造方法制得。
实施例三
本实施例提供的过共晶铝硅复合材料的制造方法，包括以下步骤：
S1：将AC9B过共晶铝硅合金废屑倒入装有乙二醇的容器中，保证乙二醇浸没废屑，然后搅拌1min，再用漏网将废屑捞出，得到附着有乙二醇的过共晶铝硅合金废屑；
将废屑均匀的平铺到钢板上，然后在充满氩气的环境条件下，将废屑在400℃下烘干4h；
S2：如图1所示，利用第一挤压装置100，第一挤压装置100包括第一冲头101、第一模具102、第一套筒103和垫片104，第一冲头101套装于第一模具102中，并与第一模具102间隙配合，第一模具102、垫片104均套装于第一套筒103中，第一模具102与第一套筒103间隙配合，并且第一模具102设置于垫片104上；第一冲头101的直径为Φ40mm，第一模具102的型腔直径为Φ40mm、外径为Φ80mm，第一套筒103的外径为Φ160mm，垫片104的直径为Φ80mm(由于第一挤压装置100为本领域常用设备，在此不再赘述)；
将烘干后的废屑装入第一模具102中，再将第一模具102装入第一套筒103中，将第一冲头101装入第一模具102中，将装配好的第一挤压装置100随炉加热至300℃，然后保温5min，再将加热后的第一挤压装置100放入挤压机中挤压，挤压机对第一冲头101加压，压力为640MPa，保压时间为47s，将第一模具102中的废屑压实，得到压坯105；
S3：如图2所示，利用第二挤压装置200，第二挤压装置200包括第二冲头201、第二模具202、第二套筒203和挤出模具204，第二冲头201套装于第二模具202中，并与第二模具202间隙配合，第二模具202、挤出模具204均套装于第二套筒203中，第二模具202与第二套筒203间隙配合，并且第二模具202设置于挤出模具204上；第二冲头201的直径为Φ40mm，第二模具202的型腔直径为Φ40mm、外径为Φ80mm，挤出模具204的型腔为Φ8mm、外径为Φ40mm，第二套筒203的外径为Φ160mm(由于第二挤压装置200为本领域常用设备，在此不再赘述)；
将压坯105放入第二模具202中，再将第二模具202装入第二套筒203中，将第二冲头201装入第二模具202中，将装配好的第二挤压装置200放入电阻炉内加热至300℃，然后保温5min，再将加热后的第二挤压装置200放入挤压机中挤压，挤压机对第二冲头201加压，压力为640MPa，挤压比为25：1，将第二模具202中的压坯105通过挤出模具204挤压成棒材205。
本实施例还提供了一种过共晶铝硅复合棒材，是通过上述的过共晶铝硅复合材料的制造方法制得。
利用本实施例制得的过共晶铝硅复合材料进行耐磨性试验：
将本实施例制得的过共晶铝硅复合材料作为实验材料，采用本实施例步骤S1中AC9B过共晶铝硅合金废屑的原材料——也就是市面购得的AC9B过共晶铝硅合金作为对照材料，将实验材料和对照材料分别在摩擦磨损试验机上进行实验，然后分别检测磨损量；
摩擦磨损试验机的压力100N；
摩擦力矩15N.m；
转速200r/min；
摩擦时间60min。
检测得知，实验材料的磨损量比对照材料的磨损量低20％，也就是说，利用本实施例的制造方法制得的过共晶铝硅复合棒材与原有的AC9B过共晶铝硅合金相比，耐磨性提高了20％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种过共晶铝硅复合材料的制造方法，其特征在于，采用非重熔的方法进行，包括以下步骤：
将附着有处理液的过共晶铝硅合金废屑置于200～500℃下，烘干1～10h；其中，所述处理液选自切削液、有机溶剂中的一种或多种；
将烘干后的废屑加热至200～400℃，然后保温1～30min，再进行挤压；挤压时，挤压压力为300～800MPa，保压时间为5～60s。
2.根据权利要求1所述的过共晶铝硅复合材料的制造方法，其特征在于，附着有处理液的所述过共晶铝硅合金废屑为机械加工过程中产生的带有切削液或有机溶剂的废屑，或者为现制现用的过共晶铝硅合金废屑，所述现制现用包括：将过共晶铝硅合金废屑与切削液或有机溶剂混合。
3.根据权利要求1所述的过共晶铝硅复合材料的制造方法，其特征在于，所述切削液选自油基切削液、水基切削液中的一种或多种，所述有机溶剂选自烷烃、烯烃、醇、醛、胺、酯、醚、酮、芳香烃、氢化烃、萜烯烃、卤代烃、杂环化合物中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的过共晶铝硅复合材料的制造方法，其特征在于，将附着有处理液的过共晶铝硅合金废屑置于200～500℃下的环境条件为保护气体环境条件，所述保护气体选自氮气、惰性气体中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的过共晶铝硅复合材料的制造方法，其特征在于，将烘干后的废屑加热至200～400℃，然后保温1～30min，再进行挤压，具体为：将所述废屑装入第一挤压装置，然后将所述第一挤压装置加热至200～400℃，然后保温1～30min，再对所述第一挤压装置进行挤压。
6.根据权利要求1所述的过共晶铝硅复合材料的制造方法，其特征在于，在挤压之后，还包括：将挤压得到的压坯装入第二挤压装置中，将所述第二挤压装置加热至200～400℃，保温1～30min，然后再次挤压，得到棒材。
7.根据权利要求6所述的过共晶铝硅复合材料的制造方法，其特征在于，再次挤压的挤压压力为600～1200MPa，挤压比为23～27:1。
8.一种过共晶铝硅复合材料，其特征在于，通过权利要求1～7任一项所述的过共晶铝硅复合材料的制造方法制得。
9.权利要求8所述的过共晶铝硅复合材料在耐磨零件中的应用。
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