CN109732063B - 一种包含假合金过渡层的Zn-Al-Fe合金复合轴套的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种包含假合金过渡层的Zn‑Al‑Fe合金复合轴套的制备方法，该轴套将液态的Zn‑Al合金与经过内表面处理的Fe合金套进行固‑液复合，制得的Zn‑Al‑Fe合金复合轴套具有高刚度、高强度、高弹塑性、高阻尼性以及高耐磨性，能有效承受重载荷磨损、减振及消音，减少结构的损坏和失效，解决了单一材料的性能缺陷的问题。本发明将Zn‑Al合金溶液与不同种类的铁合金以冶金方式结合，并真空扩散退火在Zn‑Al合金与Fe合金之间冶金扩散产生假合金过渡层，填充由晶格畸变产生的缝隙，制备出包含假合金过渡层的高强高阻尼的Zn‑Al‑Fe合金复合轴套。
Description
技术领域
本发明涉及耐磨机械零件技术领域，具体涉及一种包含假合金过渡层的Zn-Al-Fe合金复合轴套的制备方法。
背景技术
Cu合金具有高强度、高耐磨、高的承载能力等优良特性，是耐磨轴套的首选材料，但是，铜合金的价格昂贵。而Fe合金具有高强度和高的承载能力，但抗咬合和耐磨性差，Zn-Al合金具有质量轻，强度较高，耐磨损，阻尼性好等优点，替代铜合金广泛应用于低速重载磨损工况，为解决高速重载工况下铜合金轴套的替代品问题，需引入多组元材料提高轴套使用寿命，利用Zn-Al合金与Fe合金复合在一起，可形成高刚度、高耐磨性，高减振性的复合结构耐磨材料，作为减振轴套使用可增加结构的强度和阻尼性，改变结构的基本振动周期。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种包含假合金过渡层的Zn-Al-Fe合金复合轴套的制备方法，该复合轴套采用固-液铸造复合法，主要包括离心铸造和压力铸造，将Zn-Al合金和Fe合金铸造复合成为一个完整的复合套，以满足使用性能，其工艺相对简单、稳定，设备成本低，效率高，可满足高速、重载工况条件下的承载、减振、耐磨要求使用性能。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种包含假合金过渡层的Zn-Al-Fe合金复合轴套的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将轴套外层的Fe合金层的内表面进行预处理，得到预处理后的Fe合金层，备用；
步骤二、将预处理后的Fe合金层进行预热，得到预热后的Fe合金层，所述预热温度为350~380℃；
步骤三、制备Zn-Al液态合金，备用；
步骤四、将Zn-Al液态合金通过离心铸造或压力铸造法覆盖在预热后的Fe合金层的内层，Fe合金层与Zn-Al液态合金扩散形成Zn-Al-Fe假合金过渡层，待冷却后，将其放入真空炉中进行真空扩散退火，并随炉冷却，内层的Zn-Al合金成型，得到最终的复合轴套，所述退火温度为280~350℃，保温时间为4~6h。
进一步的，步骤一中所述Fe合金层的内表面进行预处理的方法为：将Fe合金层的内表面分别进行酸洗、水洗，将水洗后的Fe合金层烘干、打磨，打磨后使得Fe合金层内表面的粗糙度大于8μm。
进一步的，步骤三中Zn-Al液态合金的制备步骤为：
S1、分别将铝锭和锌锭切成小块，将其用丙酮清洗后，用温度为25~35℃的5%~10%的NaOH溶液清洗8~10min，再用去离子水清洗后，用25~35℃的20%~30%的硝酸溶液酸洗1~2min后，再用去离子水进行清洗，清洗后，干燥，得到预处理后的铝锭和锌锭；
S2、将预处理后的铝锭放入中频感应熔炼炉中熔炼，上面覆盖有复合盐，待温度达到690~710℃时加入预处理后的锌锭继续熔合，熔炼过程中加入复合盐进行覆盖，待材料全部熔化后升温至750~780℃，保温5~7min，得到混合均匀的金属熔体；
S3、将金属熔体进行精炼除气和过滤静置，得到Zn-Al液态合金。
进一步的，S2中所述复合盐包括质量比为4:5的脱水硼砂与氯化钾。
进一步的，所述轴套包括位于外层的Fe合金层以及位于内层的Zn-Al合金层，在Fe合金层和Zn-Al合金层之间设置有Zn-Al-Fe假合金过渡层。
进一步的，所述Fe合金层的体积占轴套的30-40%。
进一步的，所述Zn-Al-Fe假合金过渡层的厚度为200-500um。
进一步的，所述Zn-Al合金层中Al的质量分数为25-30%。
进一步的，所述Fe合金层为低碳钢、低合金钢或弹簧钢中的一种。
本发明的有益效果在于：
本发明的Zn-Al-Fe合金复合轴套，改变传统轴套材料性能单一的问题，实现了Zn-Al合金与Fe合金性能的协同，复合轴套具有高刚度、高强度、高耐磨性和高阻尼性，能有效起到耐磨和减振作用，减少了结构损伤和功能失效的情况，实现了两种金属材料优异性能的互补，其轴套的制备过程通过离心铸造的方法将制备的Zn-Al液态合金均匀覆盖在预热后的Fe合金层的内层，放入真空炉中进行真空扩散退火得到复合轴套，且制备Zn-Al液态合金时对铝锭和锌锭进行预处理，使其性能较好。
附图说明
图1是本发明轴套的结构示意图；
附图标记：1、Fe合金层，2、Zn-Al-Fe假合金过渡层，3、Zn-Al合金层。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，所述轴套包括位于外层的Fe合金层1以及位于内层的Zn-Al合金层3，所述Fe合金层1为低碳钢、低合金钢或弹簧钢中的一种，优选为45钢，保证轴套刚度和强度的同时，尽可能保证其弹性，所述Fe合金层1位于轴套的外层，充分发挥了Fe合金的高强度优势，所述Fe合金层1的体积占轴套的30-40%，所述Zn-Al合金层3位于轴套的内层，充分发挥了Zn-Al合金的高耐磨性和高阻尼的优势，Al与Zn融合能明显改善流动性，细化铸件晶粒结构并因此提高力学性能，所述Zn-Al合金层3中Al的质量分数为25-30%，在Fe合金层1和Zn-Al合金层3之间设置有Zn-Al-Fe假合金过渡层2，所述Zn-Al-Fe假合金过渡层2的厚度为200-500um，所述Zn-Al-Fe假合金过渡层2是外层的Fe合金层1与液态Zn-Al合金的扩散所形成的产物，以冶金结合的方式将两基体连接在一起，Zn-Al-Fe假合金过渡层的产生，填充由晶格畸变产生的缝隙，并减少硬脆相产生，制备出界面清晰致密的高性能Zn-Al/Fe合金复合轴套；
一种包含假合金过渡层的Zn-Al-Fe合金复合轴套的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将轴套外层的Fe合金层的内表面进行预处理，得到预处理后的Fe合金层，备用；
步骤二、将预处理后的Fe合金层进行预热，得到预热后的Fe合金层，所述预热温度为350~380℃；
步骤三、制备Zn-Al液态合金，备用；
步骤四、将Zn-Al液态合金通过离心铸造或压力铸造法覆盖在预热后的Fe合金层的内层，Fe合金层与Zn-Al液态合金扩散形成Zn-Al-Fe假合金过渡层，待冷却后，将其放入真空炉中进行真空扩散退火，并随炉冷却，内层的Zn-Al合金成型，得到最终的复合轴套，所述退火温度为280~350℃，保温时间为4~6h。
进一步的，步骤一中所述Fe合金层的内表面进行预处理的方法为：将Fe合金层的内表面分别进行酸洗、水洗，将水洗后的Fe合金层烘干、打磨，打磨后使得Fe合金层内表面的粗糙度大于8μm。
进一步的，步骤三中Zn-Al液态合金的制备步骤为：
S1、分别将铝锭和锌锭切成小块，将其用丙酮清洗后，用温度为25~35℃的5%~10%的NaOH溶液清洗8~10min，再用去离子水清洗后，用25~35℃的20%~30%的硝酸溶液酸洗1~2min后，再用去离子水进行清洗，清洗后，干燥，得到预处理后的铝锭和锌锭；
S2、将预处理后的铝锭放入中频感应熔炼炉中熔炼，上面覆盖有复合盐，待温度达到690~710℃时加入预处理后的锌锭继续熔合，熔炼过程中加入复合盐进行覆盖，待材料全部熔化后升温至750~780℃，保温5~7min，使各元素均匀化，得到混合均匀的金属熔体；
S3、将金属熔体进行精炼除气和过滤静置，得到Zn-Al液态合金。
进一步的，S2中所述复合盐包括质量比为4：5的脱水硼砂与氯化钾。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种包含假合金过渡层的Zn-Al-Fe合金复合轴套的制备方法，其特征在于：轴套包括位于外层的Fe合金层（1）以及位于内层的Zn-Al合金层（3），在Fe合金层（1）和Zn-Al合金层（3）之间设置有Zn-Al-Fe假合金过渡层（2），其制备方法包括以下步骤：
步骤一、将轴套外层的Fe合金层的内表面进行预处理，得到预处理后的Fe合金层，备用；
步骤二、将预处理后的Fe合金层进行预热，得到预热后的Fe合金层，所述预热温度为350~380℃；
步骤三、制备Zn-Al液态合金，备用；
步骤四、将Zn-Al液态合金通过离心铸造或压力铸造法覆盖在预热后的Fe合金层的内层，Fe合金层与Zn-Al液态合金扩散形成Zn-Al-Fe假合金过渡层，待冷却后，将其放入真空炉中进行真空扩散退火，并随炉冷却，使得Zn-Al-Fe假合金过渡层（2）的厚度为200-500um，内层的Zn-Al合金成型，得到最终的复合轴套，所述退火温度为280~350℃，保温时间为4~6h。
2.根据权利要求1所述的一种包含假合金过渡层的Zn-Al-Fe合金复合轴套的制备方法，其特征在于：步骤一中所述Fe合金层的内表面进行预处理的方法为：将Fe合金层的内表面分别进行酸洗、水洗，将水洗后的Fe合金层烘干、打磨，打磨后使得Fe合金层内表面的粗糙度大于8μm。
3.根据权利要求1所述的一种包含假合金过渡层的Zn-Al-Fe合金复合轴套的制备方法，其特征在于：步骤三中Zn-Al液态合金的制备步骤为：
S1、分别将铝锭和锌锭切成小块，将其用丙酮清洗后，用温度为25~35℃的5%~10%的NaOH溶液清洗8~10min，再用去离子水清洗后，用25~35℃的20%~30%的硝酸溶液酸洗1~2min后，再用去离子水进行清洗，清洗后，干燥，得到预处理后的铝锭和锌锭；
S2、将预处理后的铝锭放入中频感应熔炼炉中熔炼，上面覆盖有复合盐，待温度达到690~710℃时加入预处理后的锌锭继续熔合，熔炼过程中加入复合盐进行覆盖，待材料全部熔化后升温至750~780℃，保温5~7min，得到混合均匀的金属熔体；
S3、将金属熔体进行精炼除气和过滤静置，得到Zn-Al液态合金。
4.根据权利要求3所述的一种包含假合金过渡层的Zn-Al-Fe合金复合轴套的制备方法，其特征在于：S2中所述复合盐包括质量比为4:5的脱水硼砂与氯化钾。
5.根据权利要求1所述的一种包含假合金过渡层的Zn-Al-Fe合金复合轴套的制备方法，其特征在于：所述Fe合金层（1）的体积占轴套的30-40%。
6.根据权利要求1所述的一种包含假合金过渡层的Zn-Al-Fe合金复合轴套的制备方法，其特征在于：所述Zn-Al合金层（3）中Al的质量分数为25-30%。
7.根据权利要求1所述的一种包含假合金过渡层的Zn-Al-Fe合金复合轴套的制备方法，其特征在于：所述Fe合金层（1）为低碳钢、低合金钢或弹簧钢中的一种。
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