專利名稱：一種耐磨鋁合金材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種耐磨鋁合金材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在金屬材料領(lǐng)域中，耐磨鋁合金作為耐磨材料一直受到普遍重視。CN200810231204.0號申請涉及一種耐磨高強(qiáng)鋁合金材料及其制造工藝。其技術(shù) 方案該材料的化學(xué)成分以重量來計算，其構(gòu)成為7. 6 8. 3%硅、2. 5 3. 5%銅、1. 2 1. 4%鐵、0. 3 0. 5%鎂、0. 1 0. 05%稀土余量為鋁。所述的汽缸體的化學(xué)成分以重量 來計算，其雜質(zhì)的含量不大于0. 3%鋅、0. 2%鉛、0. 2%鉻、0. 錫、0. 鎳、0. 鈦。還 通過配料、精煉、變質(zhì)、澆注、淬火而成，采用本發(fā)明后，由于材料的內(nèi)部化學(xué)成分及制造工 藝的變化、改進(jìn)，使其內(nèi)部組織致密，韌性好，其鑄造成型性，加工性優(yōu)良，耐磨性好，成本低 的優(yōu)點(diǎn)。采用本發(fā)明后，由于該汽缸體的內(nèi)部化學(xué)成分及制造工藝的變化、改進(jìn)，使其內(nèi)部 組織致密，韌性好，其鑄造成型性，加工性優(yōu)良，耐磨性好，成本低；其抗拉強(qiáng)度ob可達(dá)到 300-—330MPa，延伸率δ升至1 2%，布氏硬度達(dá)120-140HBSCN200610165341. X號申請公開一種高強(qiáng)耐磨鋁合金及其制備方法，該高強(qiáng)耐磨鋁合金 是在Al -Zn-Mg-Cu合金熔體中，置入Ti 一 C 一 Al預(yù)制塊，通過原位反應(yīng)在該Al — Zn-Mg- Cu合金熔體中生成TiC顆粒，再進(jìn)行霧化噴射成形而成，其中，Ti 一 C 一 Al預(yù) 制塊的TiC置入量為Al — Si — Mg — Cu合金的3. 15 10. 5%重量％。其制備方法是 ⑴按Ti粉，石墨粉和鋁粉壓制成Ti 一 C 一 Al預(yù)制塊備用；(2)將Al — Si — Mg — Cu合 金熔融；( 、將Ti 一 C 一 Al預(yù)制塊置于Al — Si — Mg — Cu合金熔體中，進(jìn)行原位反應(yīng)；[4]進(jìn)行霧化噴射成形，得到高強(qiáng)耐磨鋁合金。本發(fā)明的鋁合金是利用原位反應(yīng)噴射成形工 藝制備高強(qiáng)鋁合金，實(shí)現(xiàn)了材料耐磨性能的改善。該合金具有高的強(qiáng)度，及良好的韌性和耐 磨性能。在載荷為8. 9N時，加入5重量％ TiC顆粒后合金的磨損率為8. 1 X 10_6g/m，而不加 TiC顆粒的合金磨損率為9. 6 X 10_6g/m。由此可見，5% TiC原位顆粒噴射成形7075鋁合金 的磨損率降低了 1.5X10_6g/m。以上的普通鋁合金的耐磨性和強(qiáng)度的綜合性能不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述技術(shù)缺陷，提供一種耐磨鋁合金材料，該材料具有良 好的性能。本發(fā)明的另一目的是提供一種耐磨鋁合金材料的制備方法，該制備方法工藝簡 單，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(shí)現(xiàn)的一種耐磨鋁合金材料，該材料以鋁合金為基體，在基體中分布著由銅絲和鐵絲形成的 金屬絲團(tuán)，所用銅絲和鐵絲的直徑均為l_2mm，金屬絲團(tuán)的直徑為10-15cm，材料中鐵絲的 總體長度相當(dāng)于銅絲的二倍；兩種金屬絲占材料的體積百分比為10-35% ；鋁合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量Mg為1-3 %，Sr為0. 2 % 0. 5 %，Si為5 % 7%，Pb*2% 3%，Sn*l% 2%，Ce*0.5% l%，Ho*0.01% 0. 03%，其余為 Al ；銅絲為純銅；鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量為C為0. 05-0. 09，Si為0.洲 0. 3%, Mn 為 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S<0. 025%,其余為 Fe?；w中還分布有化合物A1N、CrAl3, Si3N4和Cr3Si顆粒。一種耐磨鋁合金材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟銅絲和鍍鉻鐵絲及滲氮鐵絲的準(zhǔn)備分別取直徑為l_2mm、成分為純銅的銅絲以及取 直徑為l_2mm、成分重量百分含量C為0. 05-0. 09，Si為0. 2% 0. 3%, Mn為0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為Fe的鐵絲；鐵絲的總體長度相當(dāng)于銅絲的二倍；控制鐵絲與 銅絲共占材料的體積百分比為10-35% ；按常規(guī)方法分別在一半鐵絲表面鍍鉻；另一半鐵絲 表面滲氮；分別形成鍍鉻鐵絲和滲氮鐵絲；鍍鉻層的厚度為100-200微米；滲氮層的厚度為 100-200微米；銅絲與得到的鍍鉻鐵絲及滲氮鐵絲三者總體長度相當(dāng)；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述銅絲、鍍鉻鐵絲及滲氮鐵絲各取一根絲形成球狀的混 合三絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為10-15cm，將若干金屬絲團(tuán)放入鑄型下型型腔中，金屬絲 團(tuán)的松緊程度由鐵絲和銅絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團(tuán)正好放滿鑄型；布置 完畢后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待合金液澆注；鋁合金材料基體的準(zhǔn)備按重量百分含量Mg為1-3 %，Sr為0. 2 % 0. 5 %，Si為5 % 7%，Pb*2% 3%，Sn*l% 2%，Ce*0.5% l%，Ho*0.01% 0. 03%，其余為 Al進(jìn)行配料；鋁合金原料在感應(yīng)電爐中熔化，熔化溫度為720-750°C ；將上述鋁合金液澆入裝有金屬絲團(tuán)的干砂鑄型；合金液將銅絲和鍍鉻鐵絲及滲氮鐵絲 包圍，然后冷卻凝固，得到以鋁合金為基的其中分布有金屬絲團(tuán)的耐磨材料。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有益效果如下1、本發(fā)明材料中的銅絲和鐵絲自身具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和較高的耐磨。銅絲上的部分Cu 及鐵絲上的狗、N和Cr進(jìn)入液態(tài)鋁合金基體中，與鋁合金中的元素反應(yīng)形成AlN、Cu3Al、 CrA13、Fe3Al, Si3N4、Cr3Si等特殊化合物，彌散增強(qiáng)鋁合金，使材料的強(qiáng)度和耐磨性能顯 著提高；未熔的鍍鉻鐵絲及鐵絲與鋁合金冶金結(jié)合，對鋁合金起到增強(qiáng)增韌的作用。2、本發(fā)明材料中的Ce和Ho與Mg可以形成化合物Ce3Alll和A13Ho，對鋁合金的 組織具有顯著細(xì)化的作用，也有助于材料耐磨的提高。本發(fā)明材料中P、s為雜質(zhì)，控制在允 許的范圍。3、合金材料用鐵代替了部分鋁，材料成本低，制備工藝簡便，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)的 合金材料性能好，而且非常便于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的合金性能見表1。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例一制得的耐磨鋁合金材料的金相組織。圖1可以看到在鋁合金與金屬絲結(jié)合良好。
具體實(shí)施例方式以下各實(shí)施例僅用作對本發(fā)明的解釋說明，其中的重量百分比均可換成重量g、kg 或其它重量單位。以下銅絲與鐵絲均為市購，鍍層自制。實(shí)施例一銅絲和鍍鉻鐵絲及滲氮鐵絲的準(zhǔn)備 分別取直徑為1mm、成分為純銅的銅絲；取直徑為1mm、成分重量百分含量C為0. 05%, Si為0. 2%, Mn為0. 25%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為Fe的鐵絲，銅絲與鐵絲兩種金屬絲共占材料的體積百分比為10%。按常規(guī)方法分別在一半鐵絲表面鍍鉻；另一半鐵絲表面滲氮；分別形成鍍鉻鐵絲 和滲氮鐵絲；鍍鉻層的厚度為100微米；滲氮層的厚度為100微米；鐵絲總體長度相當(dāng)于銅 絲的二倍；銅絲與得到的鍍鉻鐵絲及滲氮鐵絲三者總體長度相當(dāng)；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述銅絲、鍍鉻鐵絲及滲氮鐵絲各取一根絲形成球狀的混 合三絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為15cm，將若干金屬絲團(tuán)放入鑄型下型型腔中，金屬絲團(tuán)的 松緊程度由鐵絲和銅絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團(tuán)正好放滿鑄型；控制鐵絲 占材料的體積百分比為10% ；布置完畢后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待合金 液澆注；鋁合金材料基體的準(zhǔn)備按重量百分含量Mg為1 %，Sr為0. 2 %，Si為5 %，1 為2 %， Sn為1 %，Ce為0. 5 %，Ho為0. 01 %，其余為Al，其余為Al進(jìn)行配料；鋁合金原料在感應(yīng)電 爐中熔化，熔化溫度為735-740°C ；將上述鋁合金液澆入裝有金屬絲團(tuán)的干砂鑄型；合金液將銅絲和鍍鉻鐵絲及滲氮鐵絲 包圍，然后冷卻凝固，得到以鋁合金為基的其中分布有金屬絲團(tuán)的耐磨材料。實(shí)施例二鋁合金材料基體成分按重量百分含量Mg為3%，Sr為0.5%，Si為7%, 為3%，Sn 為2%，Ce為1%，Ηο為0. 03%，其余為Al進(jìn)行配料。銅絲為純銅。鐵絲成分的重量百分含量C為0. 09%, Si為0. 3%, Mn為0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為Fe。兩種金屬絲直徑均為2mm，鐵絲總體長度相當(dāng)于銅絲的二 倍；兩種金屬絲占材料的體積百分比為35%。按常規(guī)方法分別在一半鐵絲表面鍍鉻；另一半鐵絲表面滲氮；分別形成鍍鉻鐵絲 和滲氮鐵絲；鍍鉻層的厚度為200微米；滲氮層的厚度為200微米。銅絲與得到的鍍鉻鐵絲 及滲氮鐵絲三者總體長度相當(dāng)；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作得到的三種金屬絲混合的三 絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為10cm。制備過程同實(shí)施例一。實(shí)施例三鋁合金材料基體成分按重量百分含量Mg為2%，Sr為0. 3%，Si為6%, 為2. 5%， Sn為1. 5%，Ce為0. 8%，Ho為0. 02%，其余為Al進(jìn)行配料。銅絲為純銅。鐵絲成分的重量百分含量C為0. 07%, Si為0. 25%, Mn為0. 3%, P<0. 02%, S <0.02596，其余為狗。兩種金屬絲直徑均為1. 5mm ；鐵絲總體長度相當(dāng)于銅絲 的二倍；兩種金屬絲占材料的體積百分比為19%。按常規(guī)方法分別在一半鐵絲表面鍍鉻；另一半鐵絲表面滲氮；分別形成鍍鉻鐵絲和滲氮鐵絲；鍍鉻層的厚度為150微米；滲氮層的厚度為150微米。銅絲與得到的鍍鉻鐵絲 及滲氮鐵絲三者總體長度相當(dāng)；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作得到的三種金屬絲混合的三 絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為15cm。制備過程同實(shí)施例一。對比實(shí)施例四原料配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)例鋁合金材料基體成分按重量百分含量Mg為0. 5%，Sr為0. l%，Si為4%, 為1%， Sn為0. 5%，Ce為0. 3%，Ho為0. 005%，其余為Al進(jìn)行配料。銅絲為純銅。鐵絲成分的重量百分含量C為0. 04%, Si為0. 1%, Mn為0. 2%, P<0. 02%, S <0.02596，其余為狗。兩種金屬絲直徑為0. 4mm ；鐵絲總體長度相當(dāng)于銅絲的 二倍；兩種金屬絲共占材料的體積百分比為8%。鐵絲表面不鍍鉻，也不滲氮。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作得到的三股金屬絲(其 中二股為鐵絲，一股為銅絲)混合的三絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為15cm。制備過程同實(shí)施例一。對比實(shí)施例五原料配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)例鋁合金材料基體成分按重量百分含量Mg為4%，Sr為0. 6 %，Si為8 %，1 為4%，Sn 為3%，Ce為2%，Ho為0. 04%，其余為Al進(jìn)行配料。銅絲為純銅。鐵絲成分的重量百分含量C為0. 1%，Si為0. 4%, Mn為0. 4%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗。兩種金屬絲直徑為3mm;鐵絲總體長度相當(dāng)于銅絲的二 倍；兩種金屬絲占材料的體積百分比為40%。按常規(guī)方法分別在一半鐵絲表面鍍鉻；另一半鐵絲表面滲氮；分別形成鍍鉻鐵絲 和滲氮鐵絲；鍍鉻層的厚度為250微米；滲氮層的厚度為250微米。銅絲與得到的鍍鉻鐵絲 及滲氮鐵絲三者總體長度相當(dāng)；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作得到的三種金屬絲混合的三 絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為10cm。制備過程同實(shí)施例一。表 權(quán)利要求
1.一種耐磨鋁合金材料，該材料以鋁合金為基體，在基體中分布著由銅絲和鐵絲形成 的金屬絲團(tuán)，所用銅絲和鐵絲的直徑均為l-2mm，金屬絲團(tuán)的直徑為10-15cm，材料中鐵絲 的總體長度相當(dāng)于銅絲的二倍；兩種金屬絲占材料的體積百分比為10-35% ；鋁合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量Mg為1-3 %，Sr為0. 2 % 0. 5 %，Si為5 % 7%，Pb*2% 3%，Sn*l% 2%，Ce*0.5% l%，Ho*0.01% 0. 03%，其余為 Al ；銅絲為純銅；鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量為C為0. 05-0. 09，Si為0.洲 0. 3%, Mn 為 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S<0. 025%,其余為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨鋁合金材料，其特征在于所述基體中還分布有化合物 A1N、CrAl3, Si3N4 和 Cr3Si 顆粒。
3.一種耐磨鋁合金材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟銅絲和鍍鉻鐵絲及滲氮鐵絲的準(zhǔn)備分別取直徑為l_2mm、成分為純銅的銅絲以及取 直徑為l_2mm、成分重量百分含量C為0. 05-0. 09，Si為0. 2% 0. 3%, Mn為0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為Fe的鐵絲；鐵絲的總體長度相當(dāng)于銅絲的二倍；控制鐵絲與 銅絲共占材料的體積百分比為10-35%;按常規(guī)方法分別在一半鐵絲表面鍍鉻；另一半鐵絲表面滲氮；分別形成鍍鉻鐵絲和滲 氮鐵絲；鍍鉻層的厚度為100-200微米；滲氮層的厚度為100-200微米；銅絲與得到的鍍鉻 鐵絲及滲氮鐵絲三者總體長度相當(dāng)；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述銅絲、鍍鉻鐵絲及滲氮鐵絲各取一根絲形成球狀的混 合三絲金屬絲團(tuán)，金屬絲團(tuán)直徑為10-15cm，將若干金屬絲團(tuán)放入鑄型下型型腔中，金屬絲 團(tuán)的松緊程度由鐵絲和銅絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團(tuán)正好放滿鑄型；布置 完畢后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待合金液澆注；鋁合金材料基體的準(zhǔn)備按重量百分含量Mg為1-3 %，Sr為0. 2 % 0. 5 %，Si為5 % 7%，Pb*2% 3%，Sn*l% 2%，Ce*0.5% l%，Ho*0.01% 0. 03%，其余為 Al進(jìn)行配料；鋁合金原料在感應(yīng)電爐中熔化，熔化溫度為720-750°C ；將上述鋁合金液澆入裝有金屬絲團(tuán)的干砂鑄型；合金液將銅絲和鍍鉻鐵絲及滲氮鐵絲 包圍，然后冷卻凝固，得到以鋁合金為基的其中分布有金屬絲團(tuán)的耐磨材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種耐磨鋁合金材料及制備方法，該材料具有良好的性能。該制備方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。該耐磨鋁合金材料以鋁合金為基體，在基體中分布著由銅絲和鐵絲形成的金屬絲團(tuán)，所用銅絲和鐵絲的直徑均為1-2mm，金屬絲團(tuán)的直徑為10-15cm，材料中鐵絲的總體長度相當(dāng)于銅絲的二倍；兩種金屬絲占材料的體積百分比為10-35%。
文檔編號C22C49/06GK102051556SQ20111000745
公開日2011年5月11日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者王玲, 趙浩峰, 郭勝利 申請人:南京信息工程大學(xué)