CN109402451A - 一种切割机底座 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种切割机底座，属于合金材料领域。本发明切割机底座由锌铝合金材料制成，所述锌铝合金由如下质量百分比的组分组成：Al：12‑25％、Mg：1.4‑3％、Sb：0.05‑0.5％、Si：0.8‑2％、Cu：0.1‑0.7％、陶瓷颗粒：2.5‑5％、余量为Zn及不可避免的杂质，控制镁和硅的质量比为(1‑1.6)∶1，能显著提高合金的力学性能；在制备过程中通过快速过热处理，将原料分批加入，使得合金组织均匀，再用特制电解液对其进行微弧氧化表面处理，在锌铝合金基体表面形成陶瓷氧化膜，大大增强了切割机底座的耐磨性和耐腐蚀性。

Description

一种切割机底座
技术领域
本发明涉及一种切割机底座，属于合金材料领域。
背景技术
随着现代机械加工业地发展，切割机被广泛应用于金属材料加工，随着对切割的质量、精度要求的不断提高，对提高生产效率、降低生产成本、具有高智能化的要求也在提升。目前，切割机主要分为火焰切割机、等离子切割机、激光切割机、水切割等。
切割机一般是在比较恶劣的环境下作业，对其起固定支撑作用的底座更是与外部环境直接接触，因此对其性能要求较高。目前底座的使用材料大多是合金钢或铝合金，合金钢的延展性和韧性较低，对大功率震动下切割机底座起不到减震作用，而铝合金在潮湿环境下又很容易被腐蚀，因此亟待开发一种新型材料来满足切割机对底座的要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种耐磨性、耐腐蚀性及抗震性能良好的切割机底座。
本发明的上述目的可以通过下列技术方案来实现：一种切割机底座，所述切割机底座由锌铝合金材料制成，所述锌铝合金由如下质量百分比的组分组成：Al：12-25％、Mg：1.4-3％、Sb：0.05-0.5％、Si：0.8-2％、Cu：0.1-0.7％、陶瓷颗粒：2.5-5％、余量为Zn及不可避免的杂质。
本发明添加少量的Sb，一方面Sb能与Al、Zn形成多种三元化合物，促使合金组织均匀、枝晶钝化、杂质脆性相弥散分布，进而提高合金的致密性；另一方面，Sb可与Al形成共晶体A1+A1Sb，A1Sb化合物的熔点高，硬度大，显著提高了合金的整体硬度。适量的Mg不仅对锌铝合金制品起到良好的阻尼减震作用，还与Si形成Mg2Si相，提高锌铝合金的力学性能。适量的Cu能增强合金的抗磨损性能，减少晶间腐蚀。陶瓷颗粒与其他合金组分协同作用能显著提高合金的耐磨性能。
作为优选，所述镁和硅的质量比为(1-1.6)∶1。本发明中Mg2Si相虽能强化合金，提高其力学性能，但Mg2Si为脆性相，且以不规则块状存在于组织中，过多会对基体有割裂作用，因此二者质量比要严格控制在(1-1.6)∶1范围内，以使合金组织中存在适量的Mg2Si相。
作为优选，所述陶瓷颗粒为Cr2O3、SiO2、A12O3中的一种或多种。
进一步优选，所述陶瓷颗粒需经过750-850℃、3-5小时的预处理。本发明陶瓷颗粒经过预处理可以去除其表面吸附的油脂、水分和其它污物及内部的结晶水，使其能够更好的分散于基体金属粉末中。
本发明的第二个目的是提供一种上述切割机底座的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：
S1：将2/3量的Zn、Al、Mg、Sb、Si、Cu及全部陶瓷颗粒升温至过热温度850-900℃熔炼成合金液一；
S2：将剩余Zn、Al、Mg、Sb、Si、Cu预热后加入到合金液一中，于快速搅拌下降温至700-750℃，精炼得合金液二；
S3：将合金液二浇注于振动模具中制得生坯；
S4：对生坯进行热处理，再经微弧氧化得切割机底座。
本发明通过将部分原料升温至过热温度进行熔炼，再加入剩原料起到了激冷作用，促使高温熔液急速降温，使原始熔液中的许多原子集团来不及转变，其过热状态被保留遗传下来，同时后加入的原料快速熔化，形成大量的微粒悬浮体，有助于促使合金液内产生较大的成分和能量起伏，进而有利于形成细晶粒组织。由于本发明原料中添加了适量的陶瓷颗粒，陶瓷颗粒与合金液间存在一定的不相溶性，为了改善这种情况，在合金液凝固过程中采用振动方式，促使陶瓷颗粒均匀分布于合金液中，增加陶瓷颗粒在合金液中的溶解度。再经过微弧氧化，在切割机底座表面形成一种耐磨耐腐蚀的陶瓷氧化膜。
作为优选，所述步骤S2中所述的预热温度为200-280℃。
作为优选，所述热处理为450-550℃进行2-4h固溶处理，水淬；之后分别进行200-300℃，8-12h的一级时效处理和150-200℃，12-18h的二级时效处理，水冷。本发明通过固溶和双级时效热处理为弥散相提供更多的异质形核核心，使得共格相更加细小弥散，对合金的强化效应大幅增加。
作为优选，所述微弧氧化的工艺为占空比6-9％，脉冲频率300-350Hz，电流密度5-10A﹒dm-2，氧化时间30-60min。本发明电流密度超过10A﹒dm-2，在陶瓷膜生成过程中极易出现烧损现象，导致膜层的耐磨性和耐蚀性降低，对合金基体的保护作用大大减弱；同时，氧化时间不能超过60min，因为随着氧化时间的延长，涂层厚度增加，使得电弧击穿涂层变得困难，导致不同区域再次击穿时产生的能量不同，合金表面密集的微弧逐渐变大变稀疏，出现了部分大孔径放电通道，导致部分微孔明显变大，对合金基体的耐蚀性带来极不利的影响。
作为优选，所述微弧氧化的电解液由以下质量百分比的组分组成：NaAlO2：25-40％、Na2WO4：12-20％、甘油：1.2-3％、KOH：2.6-5.8％、ZrO2：4.5-7％、余量为水。本发明电解液中添加NaAlO2使电解液电导率升高，火花放电现象更剧烈，等离子放电通道内的温度更高，促使α-Al2O3生成，同时，NaAlO2中的AlO2-与水分子结合形成Al(OH)4-或Aln(OH)4n+2 (n+2)-，这些带负电的离子向阳极表面转移并在氧化膜层中扩散，在等离子扩散通道高温高压作用下反应形成α-Al2O3，进而大大提高了陶瓷膜的致密性。Na2WO4中的WO4 -2在NaAlO2的作用下到达阳极工件表面形成杂质放电中心，可以有效提高微弧氧化膜层的生长速度，进而降低微弧氧化膜层的单位能耗。ZrO2通过吸附、啮合作用沉积到陶瓷层中，改善陶瓷层的生物相容性，同时起到降低膜层摩擦系数和磨损率的作用，增加膜层与基体结合力；少量的甘油有利于保持电解液的稳定性，延长其使用时间。
进一步优选，所述电解液的pH为9.5-10.5。本发明将电解液pH控制在9.5-10.5范围有利于阳极反应中产生的金属阳离子通过胶体的形式再次进入膜层以改善膜层的结构与性能。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.本发通过控制镁和硅的质量比为(1-1.6)∶1，使合金中形成的Mg2Si相在不对基体产生割裂作用下，还能强化合金，提高其力学性能，添加的陶瓷颗粒与其他合金组分协同增强锌铝合金的耐磨性和抗震性能。
2.本发明通过快速过热处理，将原料分批加入，使得合金组织均匀，再用特制电解液对其进行微弧氧化表面处理，在锌铝合金基体表面形成陶瓷氧化膜，大大增强了切割机底座的耐磨性和耐腐蚀性。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
一种切割机底座，其特征在于，所述切割机底座由锌铝合金材料制成，所述锌铝合金由如下质量百分比的组分组成：Al：12％、Mg：1.4％、Sb：0.05％、Si：0.9％、Cu：0.1％、Cr2O3：2.5％、余量为Zn及不可避免的杂质，其中Cr2O3需经过750℃、3小时的预处理；
上述切割机底座的制备方法，包括如下步骤：
S1：将2/3量的Zn、Al、Mg、Sb、Si、Cu及全部陶瓷颗粒升温至过热温度850℃熔炼成合金液一；
S2：将剩余的Zn、Al、Mg、Sb、Si、Cu预热至200℃后加入到合金液一中，搅拌下降温至700℃，精炼得合金液二；
S3：将合金液二浇注于振动模具中制得生坯；
S4：将生坯于450℃下进行2h固溶处理，水淬；之后分别进行200℃，8h的一级时效处理和150℃，12h的二级时效处理，水冷；再于占空比6％、脉冲频率300Hz，电流密度5A﹒dm-2下进行微弧氧化得切割机底座，其中微弧氧化的电解液由以下质量百分比的组分组成：NaAlO2：25％、Na2WO4：12％、甘油：1.2％、KOH：2.6％、ZrO2：4.5％、余量为水，调节电解液的pH为9.5，氧化时间为30min。
实施例2
一种切割机底座，其特征在于，所述切割机底座由锌铝合金材料制成，所述锌铝合金由如下质量百分比的组分组成：Al：15％、Mg：2％、Sb：0.05-0.5％、Si：1.3％、Cu：0.3％、Cr2O3：1.2％、SiO2：1.8％、余量为Zn及不可避免的杂质，其中Cr2O3、SiO2需经过780℃、3.5小时的预处理；
上述切割机底座的制备方法，包括如下步骤：
S1：将2/3量的Zn、Al、Mg、Sb、Si、Cu及全部陶瓷颗粒升温至过热温度860℃熔炼成合金液一；
S2：将剩余的Zn、Al、Mg、Sb、Si、Cu预热至230℃后加入到合金液一中，搅拌下降温至710℃，精炼得合金液二；
S3：将合金液二浇注于振动模具中制得生坯；
S4：将生坯于480℃下进行2.5h固溶处理，水淬；之后分别进行230℃，9h的一级时效处理和160℃，14h的二级时效处理，水冷；再于占空比7％、脉冲频率310Hz，电流密度7A﹒dm-2下进行微弧氧化得切割机底座，其中微弧氧化的电解液由以下质量百分比的组分组成：NaAlO2：29％、Na2WO4：15％、甘油：1.7％、KOH：3.4％、ZrO2：5.1％、余量为水，调节电解液的pH为9.6，氧化时间为35min。
实施例3
一种切割机底座，其特征在于，所述切割机底座由锌铝合金材料制成，所述锌铝合金由如下质量百分比的组分组成：Al：18％、Mg：2.1％、Sb：0.35％、Si：1.5％、Cu：0.1-0.7％、Cr2O3：0.5％、SiO2：1％、A12O3：2.1％、余量为Zn及不可避免的杂质，其中Cr2O3、SiO2、A12O3需经过800℃、4小时的预处理。
上述切割机底座的制备方法，包括如下步骤：
S1：将2/3量的Zn、Al、Mg、Sb、Si、Cu及全部陶瓷颗粒升温至过热温度875℃熔炼成合金液一；
S2：将剩余的Zn、Al、Mg、Sb、Si、Cu预热至240℃后加入到合金液一中，搅拌下降温至725℃，精炼得合金液二；
S3：将合金液二浇注于振动模具中制得生坯；
S4：将生坯于500℃下进行3h固溶处理，水淬；之后分别进行250℃，10h的一级时效处理和175℃，15h的二级时效处理，水冷；再于占空比7.5％、脉冲频率325Hz，电流密度7.5A﹒dm-2下进行微弧氧化得切割机底座，其中微弧氧化的电解液由以下质量百分比的组分组成：NaAlO2：32.5％、Na2WO4：16％、甘油：2.1％、KOH：3.7％、ZrO2：5.8％、余量为水，调节电解液的pH为10，氧化时间为45min。
实施例4
一种切割机底座，其特征在于，所述切割机底座由锌铝合金材料制成，所述锌铝合金由如下质量百分比的组分组成：Al：23％、Mg：2.7％、Sb：0.45％、Si：1.9％、Cu：0.64％、SiO2：2％、A12O3：2.3％、余量为Zn及不可避免的杂质，其中SiO2、A12O3需经过830℃、4.5小时的预处理。
上述切割机底座的制备方法，包括如下步骤：
S1：将2/3量的Zn、Al、Mg、Sb、Si、Cu及全部陶瓷颗粒升温至过热温度885℃熔炼成合金液一；
S2：将剩余的Zn、Al、Mg、Sb、Si、Cu预热至270℃后加入到合金液一中，搅拌下降温至740℃，精炼得合金液二；
S3：将合金液二浇注于振动模具中制得生坯；
S4：将生坯于535℃下进行3.5h固溶处理，水淬；之后分别进行280℃，11h的一级时效处理和175℃，16h的二级时效处理，水冷；再于占空比8％、脉冲频率340Hz，电流密度9A﹒dm-2下进行微弧氧化得切割机底座，其中微弧氧化的电解液由以下质量百分比的组分组成：NaAlO2：37％、Na2WO4：17.5％、甘油：2.65％、KOH：5.2％、ZrO2：6.4％、余量为水，调节电解液的pH为10.2，氧化时间为50min。
实施例5
一种切割机底座，其特征在于，所述切割机底座由锌铝合金材料制成，所述锌铝合金由如下质量百分比的组分组成：Al：25％、Mg：3％、Sb：0.5％、Si：2％、Cu：0.7％、A12O3：4.3％、余量为Zn及不可避免的杂质，其中A12O3需经过830℃、4.5小时的预处理。
上述切割机底座的制备方法，包括如下步骤：
S1：将2/3量的Zn、Al、Mg、Sb、Si、Cu及全部陶瓷颗粒升温至过热温度900℃熔炼成合金液一；
S2：将剩余的Zn、Al、Mg、Sb、Si、Cu预热至280℃后加入到合金液一中，搅拌下降温至750℃，精炼得合金液二；
S3：将合金液二浇注于振动模具中制得生坯；
S4：将生坯于550℃下进行4h固溶处理，水淬；之后分别进行300℃，12h的一级时效处理和200℃，18h的二级时效处理，水冷；再于占空比9％、脉冲频率350Hz，电流密度10A﹒dm-2下进行微弧氧化得切割机底座，其中微弧氧化的电解液由以下质量百分比的组分组成：NaAlO2：40％、Na2WO4：20％、甘油：3％、KOH：5.8％、ZrO2：7％、余量为水，调节电解液的pH为10.5，氧化时间为60min。
实施例6
与实施例3的区别仅在于：锌铝合金中Mg和Si的质量百分比分别为2.8％和1.4％。
实施例7
与实施例3的区别仅在于：锌铝合金中Mg和Si的质量百分比分别为1.6％和2％。
实施例8
与实施例3的区别仅在于：Cr2O3、SiO2、A12O3经过700℃、2小时的预处理。
实施例9
与实施例3的区别仅在于：Cr2O3、SiO2、A12O3经过900℃、5小时的预处理。
实施例10
与实施例3的区别仅在于，微弧氧化的电解液由以下质量百分比的组分组成：NaAlO2：30％、甘油：1.6％、KOH：4.3％、ZrO2：6％、余量为水。
实施例11
与实施例3的区别仅在于，微弧氧化的电解液由以下质量百分比的组分组成：NaAlO2：27％、Na2WO4：14.5％、KOH：3.2％、ZrO2：5.5％、余量为水。
实施例12
与实施例3的区别仅在于，微弧氧化的电解液由以下质量百分比的组分组成：NaAlO2：37.6％、Na2WO4：18％、甘油：2.7％、KOH：5.2％、余量为水。
对比例1
本对比例与实施例3的区别仅在于：锌铝合金组分中不包含陶瓷颗粒。
对比例2
本对比例与实施例3的区别仅在于：Cr2O3、SiO2、A12O3不经过预处理。
对比例3
本对比例与实施例3的区别仅在于：将合金原料一次性加入熔炼炉，于温度700-750℃下熔炼成合金液。
对比例4
本对比例与实施例3的区别仅在于：时效处理时只经过一级时效处理。
对比例5
本对比例与实施例3的区别仅在于：微弧氧化所用电解液为常规电解液。
对比例6
本对比例与实施例3的区别仅在于：微弧氧化所用电解液pH为9。
对比例7
本对比例与实施例3的区别仅在于：微弧氧化所用电解液pH为11。
对比例8
普通市售铝合金切割机底座。
将实施例1-12及对比例1-8中制得的切割机底座进行性能测试，测试结果如表1所示。
表1：实施例1-12及对比例1-8中制得的切割机底座的性能参数
综上，本发明原料配伍合理，通过控制Mg和Si的质量百分比，提高合金的力学性能，预处理的陶瓷颗粒与其他合金组分协同增强锌铝合金的耐磨性和抗震性能；通过快速过热处理，将原料分批加入，使得合金组织均匀，再用特制电解液对其进行微弧氧化表面处理，在锌铝合金基体表面形成陶瓷氧化膜，大大增强了切割机底座的耐磨性和耐腐蚀性。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (10)

1.一种切割机底座，其特征在于，所述切割机底座由锌铝合金材料制成，所述锌铝合金由如下质量百分比的组分组成：Al：12-25％、Mg：1.4-3％、Sb：0.05-0.5％、Si：0.8-2％、Cu：0.1-0.7％、陶瓷颗粒：2.5-5％、余量为Zn及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的切割机底座，其特征在于，镁和硅的质量比为(1-1.6)∶1。
3.根据权利要求1所述的切割机底座，其特征在于，所述陶瓷颗粒为Cr2O3、SiO2、A12O3中的一种或多种。
4.根据权利要求1或3所述的切割机底座，其特征在于，所述陶瓷颗粒需经过750-850℃、3-5小时的预处理。
5.一种如权利要求1所述的切割机底座的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：
S1：将2/3量的Zn、Al、Mg、Sb、Si、Cu及全部陶瓷颗粒升温至过热温度850-900℃熔炼成合金液一；
S2：将剩余的Zn、Al、Mg、Sb、Si、Cu预热后加入到合金液一中，搅拌下降温至700-750℃，精炼得合金液二；
S3：将合金液二浇注于振动模具中制得生坯；
S4：对生坯进行热处理，再经微弧氧化得切割机底座。
6.根据权利要求5所述的切割机底座的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中所述的预热温度为200-280℃。
7.根据权利要求5所述的切割机底座的制备方法，其特征在于，所述热处理为450-550℃进行2-4h固溶处理，水淬；之后分别进行200-300℃，8-12h的一级时效处理和150-200℃，12-18h的二级时效处理，水冷。
8.根据权利要求5所述的切割机底座的制备方法，其特征在在于，所述微弧氧化的工艺为占空比6-9％，脉冲频率300-350Hz，电流密度5-10A﹒dm-2，氧化时间30-60min。
9.根据权利要求5所述的切割机底座的制备方法，其特征在于，所述微弧氧化的电解液由以下质量百分比的组分组成：NaAlO2：25-40％、Na2WO4：12-20％、甘油：1.2-3％、KOH：2.6-5.8％、ZrO2：4.5-7％、余量为水。
10.根据权利要求9所述的切割机底座的制备方法，其特征在于，所述电解液的pH为9.5-10.5。
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