專利名稱：一種鋅鋁基耐磨合金材料及制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種鋅鋁碲基硅相增強耐磨合金材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，鋅鋁合金主要作為耐磨減磨材料用于制造軸瓦、軸套等零件。CN1140766號專利針對一般鋅鋁合金的耐磨硬質(zhì)點較少、耐磨性差、特別是合金的高溫性能差、僅能在低于120℃溫度下使用的缺點，設(shè)計了能在100℃以上一定范圍內(nèi)具有高抗拉強度、良好耐磨性能及低熱膨脹系數(shù)的鋅鋁耐磨合金。這種合金的含鋁量在22-32wt.％范圍，并且含有一定量的銅、鎂、鈣、鋯及鉿元素。除此之外，還含有1.0-10.0wt.％的陶瓷顆粒。陶瓷材料可以是剛玉、碳化硅、硼砂及氧化鋅中的一種或混合物。陶瓷顆粒在使用前需加熱到900-1400℃高溫焙燒，焙燒后的顆粒在加入合金液體前還需加熱到550-850℃進行預(yù)熱。陶瓷顆?？捎脵C械力或電磁力或超聲波攪拌金屬液加入。由此可見，這種方法的最大缺點是工藝操作比較復(fù)雜，需要通過攪拌等設(shè)施加入陶瓷顆粒，工作過程所需要消耗的能量較大，生產(chǎn)成本也較高。ZL00130713.4號專利針對這些缺點，提出在鋅鋁合金中原位形成團球硅相的方法，不僅降低了材料制備成本，也使鋅基材料的耐磨性提高。但是，這種合金需要加入較多的處理劑，處理不好會造成鑄件缺陷，同時由于硅含量較高而影響液態(tài)金屬澆注時的流動性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述問題，提供一種鋅鋁基耐磨合金材料，由于該合金材料中碲或鑭元素的加入提高了基體的強度，開花狀硅相的存在又增強其在基體的穩(wěn)固性，從而使材料的耐磨性得到了較大的提高。
本發(fā)明的另一目的是提供該合金材料的制備方法，該制備方法不僅工藝簡單，能耗小，而且生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種鋅鋁基耐磨合金材料，其特征在于該合金材料以鋅鋁合金為基體，并含有硅、碲或鑭元素，硅相呈開花狀均勻分布在鋅鋁合金基體上，該形狀硅相是在合金液體中自生形成的，硅相的微觀形態(tài)為團狀開裂多晶體，該合金材料的化學成分的重量百分含量鋁為40-50％，碲或鑭為0.02-0.05％，硅為1.0-3.0％，其余為鋅；合金的室溫抗拉強度為420-440MPa，室溫硬度為HB130-150，150℃時的抗拉強度為240-290MPa。
本發(fā)明的鋅鋁基耐磨合金材料的制備方法，其特征在于將占原料總重(以下同)40-50％的純鋁錠、47-58％的純鋅錠、1.2-3.5％的結(jié)晶硅、0.025-0.060％的金屬碲或鑭熔融，形成鋅、鋁、硅、碲或鑭合金液；當合金液被加熱到710-750℃時，將(1.0-2.0)％的金屬鹽復(fù)合處理劑用鐘罩壓入熔融合金液中，做適當攪動后，保溫10-20分鐘，使金液中帶棱角而無規(guī)則形態(tài)的硅相變成開花狀硅相，其耐磨增強相即在合金液體中自生形成。處理完畢后，合金液即可澆鑄成相應(yīng)鑄件。其采用的金屬鹽復(fù)合處理劑的主要成分為NaF、Na3AlF6及NaCl或KCl，三者的重量比為(2-4)∶(0.5-1.5)∶(0.5-1.5)。
本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明研制的合金材料中硅相呈開花狀(如圖1所示)，開花狀硅相的微觀形態(tài)為團球開裂多晶體，而現(xiàn)有普通鋅鋁硅合金中的硅相呈帶棱角而無規(guī)則形態(tài)，也有的合金材料中的硅相被處理成球狀。本發(fā)明的合金材料中開花狀硅相既不割裂基體，在摩擦過程中也不易脫落，從而使合金材料的耐磨性更好。本發(fā)明的合金材料相對于普通鋅鋁合金而言，基體中鋁含量有所提高，同時又加入了碲或鑭元素，這些對于基體起到了增強作用，使合金的室溫強度、高溫強度以及耐磨性均比相對應(yīng)普通鋅鋁合金的高，適用性強。
本發(fā)明研制的合金材料不需要外加陶瓷顆粒，硬質(zhì)硅相可在合金液中自生形成，而且合金處理劑加入量也較少，有利于液態(tài)金屬澆注時的流動性，保證了鑄件的良好成形。這樣不僅解決了增強耐磨物質(zhì)與合金基體的復(fù)合問題，也使材料制造變得十分簡便，無需為外加耐磨陶瓷顆粒所需的一系列工藝工序及硬件裝備。本發(fā)明的合金制備工藝簡便，生產(chǎn)的合金材料性能好，而且生產(chǎn)成本低，非常便于工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明研制的合金材料的可用于制造潤滑條件不利造成局部高溫時工作的減磨零件，如軸承、軸瓦及軸套等，性能穩(wěn)固可靠。


圖1為本發(fā)明含開花狀硅相的耐磨合金材料的金相組織圖。
具體實施例方式
本發(fā)明中所指原料總重指鋁、鋅、硅、碲或鑭的總重量。
實施方式1將占原料總重(以下同)41％的純鋁錠、57.8％的純鋅錠、1.2％的結(jié)晶硅、0.025％的金屬碲熔融，形成鋅、鋁、硅、碲合金液；當合金液被加熱到710℃左右時，將為原料總重1.0％的金屬鹽復(fù)合處理劑用鐘罩壓入熔融合金液中，處理劑的主要成分為NaF、Na3AlF6及NaCl，三者的重量比為2∶1.5∶0.5。加入處理劑后，適當攪動合金液，保溫12分鐘左右即可，合金中帶棱角而無規(guī)則形態(tài)的硅相變成開花狀硅相(如圖1所示)，其耐磨增強相即在合金液體中自生形成，處理完畢后，澆鑄成相應(yīng)鑄件即成。處理后的鋅鋁硅碲合金材料的化學成分的重量百分含量為鋁41％，碲0.02％，硅1.0％，其余為鋅。合金的室溫抗拉強度為440Mpa，硬度為HB130，150℃時的抗拉強度為250MPa。
實施方式2將占原料總重(以下同)50％的純鋁錠、47.7％的純鋅錠、2.3％的結(jié)晶硅、0.035％的金屬鑭熔融，形成鋅、鋁、硅、鑭合金液；當合金液被加熱到750℃左右時，將為原料總重1.5％的金屬鹽復(fù)合處理劑用鐘罩壓入熔融合金液中，處理劑的主要成分為NaF、Na3AlF6及NaCl，三者的重量比為3∶1∶1。加入處理劑后，適當攪動合金液，保溫20分鐘即可，合金中帶棱角而無規(guī)則形態(tài)的硅相變成開花狀硅相，其耐磨增強相即在合金液體中自生形成，處理完畢后，澆鑄成相應(yīng)鑄件即成。處理后的鋅鋁硅碲合金材料的化學成分的重量百分含為鋁50％，鑭0.03％，硅2.0％，其余為鋅。合金的室溫抗拉強度為430Mpa，硬度為HB145，150℃時的抗拉強度為280MPa。
實施方式3將占原料總重(以下同)48％的純鋁錠、47％的純鋅錠、3.5％的結(jié)晶硅、0.025的金屬碲熔融，形成鋅、鋁、硅、碲合金液；當合金液被加熱到740℃左右時，將為原料總重2.0％的金屬鹽復(fù)合處理劑用鐘罩壓入熔融合金液中，處理劑的主要成分為NaF、Na3AlF6及KCl，三者的重量比為4∶0.5∶1.5。加入處理劑后，適當攪動合金液，保溫15分鐘即可，合金中帶棱角而無規(guī)則形態(tài)的硅相變成開花狀硅相，其耐磨增強相即在合金液體中自生形成，處理完畢后，澆鑄成相應(yīng)鑄件即成。處理后的鋅鋁硅碲合金材料的化學成分的重量百分含為鋁48％，碲0.02％，硅3.0％，其余為鋅。合金的室溫抗拉強度為420Mpa，硬度為HB150。150℃時的抗拉強度為290MPa。
實施方式4取45kg的純鋁錠、51.5kg的純鋅錠、3kg的結(jié)晶硅、0.06kg的金屬碲，將結(jié)晶硅與金屬碲放入坩堝底部，鋁錠和鋅錠入在結(jié)晶硅及金屬碲上部，加熱坩堝使其熔融，形成鋅、鋁、硅、碲合金液；當合金液被加熱到730℃時，將2kg的金屬鹽復(fù)合處理劑用鐘罩壓入熔融合金液中，處理劑的主要成分為NaF、Na3AlF6及NaCl或KCl，三者的重量比為2∶1.5∶1。加入處理劑后，適當攪動合金液，保溫18分鐘左右即可，合金中帶棱角而無規(guī)則形態(tài)的硅相變成開花狀硅相，其耐磨增強相即在合金液體中自生形成，處理完畢后，澆鑄成相應(yīng)鑄件即成。處理后的鋅鋁硅碲合金材料的化學成分的重量百分含為鋁45％，碲0.05％，硅2.9％，其余為鋅。合金的室溫抗拉強度為420Mpa，硬度為HB145。150℃時的抗拉強度為285MPa。
權(quán)利要求
1.一種鋅鋁基耐磨合金材料，其特征在于該合金材料以鋅鋁合金為基體，并含有硅、碲或鑭元素，硅相呈開花狀均勻分布在鋅鋁合金基體上，該形狀硅相是在合金液體中自生形成的，硅相的微觀形態(tài)為團狀開裂多晶體，該合金材料的化學成分的重量百分含量鋁為40-50％，碲或鑭為0.02-0.05％，硅為1.0-3.0％，其余為鋅；合金的室溫抗拉強度為420-440MPa，室溫硬度為HB130-150，150℃時的抗拉強度為240-290MPa。
2.制備權(quán)利要求1所述的鋅鋁基耐磨合金材料的方法，其特征在于將占原料總重(以下同)40-50％的純鋁錠、47-58％的純鋅錠、1.2-3.5％的結(jié)晶硅、0.025-0.060％的金屬碲或鑭熔融，形成鋅、鋁、硅、碲或鑭合金液；當合金液被加熱到710-750℃時，將(1.0-2.0)％的金屬鹽復(fù)合處理劑用鐘罩壓入熔融合金液中，做適當攪動后，保溫10-20分鐘，即可澆鑄成相應(yīng)鑄件；其采用的金屬鹽復(fù)合處理劑的主要成分為NaF、Na3AlF6及NaCl或KCl，三者的重量比為(2-4)∶(0.5-1.5)∶(0.5-1.5)。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種鋅鋁碲基硅相增強耐磨合金材料及其制備方法。該合金材料以鋅鋁合金為基體，并含有硅、碲或鑭，開花狀硅相均勻分布在鋅鋁合金基體上，該形狀硅相是在合金液體中自生形成的，硅相的微觀形態(tài)為團狀開裂多晶體，該合金材料的化學成分的重量百分含量鋁為40－50％，碲或鑭為0.02－0.05％，硅為1.0－3.0％，其余為鋅；合金的室溫硬度為HB130－150。該合金材料無需外加陶瓷增強顆粒，制備工藝簡單，能耗小，成本低，性能好。
文檔編號C22C1/02GK1818115SQ20061003882
公開日2006年8月16日 申請日期2006年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月14日
發(fā)明者王玲, 趙浩峰 申請人:南京信息工程大學