專利名稱：：鋅鋁基耐溫耐磨減摩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，涉及一種稀土變質(zhì)的鋅鋁基耐溫耐磨減摩合金材料及其制備方法。二
背景技術(shù)：
：目前金屬材料領(lǐng)域中，以鋅鋁合金作為耐磨材料受到了普遍重視。200610038825.8號申請涉及一種鋅鋁碲基硅相增強(qiáng)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(tuán)狀開裂多晶體，該合金材料的化學(xué)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。以上發(fā)明中因硅含量少，耐磨性能及耐熱性提高受到限制。CN2008100326801.X公開了一種耐溫耐磨減摩鋅鋁合金，其各成份的重量百分比為A125-40%;Cu1-5%;Si1-10%;余量為Zn。它利用噴射成形和多道次累積變形熱擠壓法來實(shí)現(xiàn)普通鑄造無法達(dá)到的硅顆粒的細(xì)小均勻分布，從而得到優(yōu)良耐磨性能的Zn-Al-Cu-Si合金。這種材料中的含硅量增大。但是由于噴射成形方法的效率低，后續(xù)需要擠壓加工，工藝要求嚴(yán)格，成本高，另外受到產(chǎn)品形狀的限制。三
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是針對上述技術(shù)缺陷，提供一種鋁基耐溫耐磨減摩合金材料，大大提高了合金的耐溫耐磨減摩作用。本發(fā)明的另一目的是提供上述鋁基耐溫耐磨減摩合金材料的制備方法，該方法工藝簡便，生產(chǎn)成本低，便于工業(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—種鋅鋁基耐溫耐磨減摩合金材料，該合金材料以鋅鋁合金為基體，在鋅鋁合金基體上均勻分布著細(xì)小的化合物復(fù)合體，該合金材料各成分的重量百分含量A1為26%39%，Sn為5.1%9.9%，Mg為11%15%，F(xiàn)e為0.5%2%，C為0.05%0.09%，Y為l^1.5^，Gd為l^1.5^，Ce為1^1.5%，其余為Zn。該合金材料中還含有重量百分含量為3X4.9X的Si和3X4.9X的Pb。上述鋅鋁基耐溫耐磨減摩合金材料的制備方法，其制備過程如下先按照占原料總重A1為26%39X，Sn為5.1%9.9X，Mg為11%15%，F(xiàn)e為0.5%2%，(為0.05%0.09%，￥為1%1.5%，6(1為1%1.5%，〇6為1%1.5X，其余為Zn進(jìn)行配料；然后將稱好的全部Al、Mg、Zn、Fe純金屬、碳粒塊置于加熱容器內(nèi)，碳粒的大小尺寸在2-4mm，當(dāng)溫度加熱到700710°C時(shí)形成鋅、鋁、錫、鎂、鐵、碳合金液，此時(shí)將配好的稀土金屬Y、Gd、Ce用鐘罩壓入合金液中，稀土金屬Y、Gd、Ce顆粒尺寸為l_3mm;繼續(xù)將合金液加熱到725745t:時(shí)，保溫1015分鐘，即可澆鑄成相應(yīng)鑄件；3形成的鑄件置于60-9(TC的熱處理爐中保溫0.5-0.8小時(shí)后，取出便得到所需耐溫耐磨減摩合金。其制備過程中還加入3%4.9%的Si和3%4.9%的Pb，Pb和Si同其它金屬一起置于加熱容器內(nèi)加熱形成合金液，Si塊大小尺寸在2-4mm。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的鋅鋁基耐溫耐磨減摩合金材料由于材料在合成過程中，鐵和鋁等反應(yīng)易形成硬質(zhì)的針狀化合物，針狀對基體的割裂破壞作用大，嚴(yán)重降低了合金的力學(xué)性能，稀土元素鈰、禮和釔是表面活性元素，可以在鐵鋁化合物凝固長大過程中干擾物相的某一擇優(yōu)生長，抑制了針狀鐵鋁化合物的形成。紀(jì)和鈰可以和錫形成化合物，鈰、禮和紀(jì)可以與硅、鐵形成化合物，鈰和禮能和鉛形成化合物。鈰、鏑、禮形成的含硅錫鉛鐵化合物與鎂硅化合物、鎂錫化合物、鎂鉛化合物、鐵鋁化合物有良好的親和作用，可以將合金中的鎂硅化合物、鎂錫化合物、鎂鉛化合物、鐵鋁化合物結(jié)合團(tuán)聚形成團(tuán)狀的化合物復(fù)合體，分布在柔韌的基體固溶體中。鈰、禮和釔有明顯細(xì)化固溶體晶粒的作用。另外，在合金凝固時(shí)稀土和碳、鋁形成的細(xì)小的質(zhì)點(diǎn)，這些細(xì)小的質(zhì)點(diǎn)成為固溶體和化合物復(fù)合體形核的核心，增加了固溶體和化合物粒子的數(shù)量，增大了化合物復(fù)合體的彌散程度，促使化合物復(fù)合體分布均勻。本發(fā)明合金材料的鋅鋁基體中形成大量的團(tuán)狀化合物復(fù)合體，化合物復(fù)合體中具有較高熔點(diǎn)的鎂硅、鐵鋁、鎂錫化合物、稀土鐵硅化合物形成耐溫相，硬脆的鎂硅、鐵鋁形成耐摩相，柔韌的鎂鉛化合物形成減摩相。這種細(xì)小的化合物復(fù)合體又處于韌性固溶體包圍中，既起到抗磨作用和減摩作用，又有耐溫作用。合金性能見表1。本發(fā)明研制的合金材料不需要外加陶瓷顆粒提高材料的耐磨性。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)。四圖1為本發(fā)明實(shí)施例九所得的耐溫耐磨減摩合金材料的金相組織。圖中，黑色區(qū)的為固溶體，白色為化合物復(fù)合體。五具體實(shí)施例方式本發(fā)明的各制備實(shí)例如下實(shí)施例一先按照占原料總重Al為26X，Sn為5.lX，Mg為11%，F(xiàn)e為0.5%，C為0.05%，Y為l^，Gd為l^，Ce為lX，其余為Zn進(jìn)行配料；然后將稱好的全部Al、Mg、Zn、Fe純金屬、碳粒塊置于加熱容器內(nèi)，碳粒的大小尺寸在2-4mm，當(dāng)溫度加熱到700710°C時(shí)形成鋅、鋁、錫、鎂、鐵、碳合金液，此時(shí)將配好的稀土金屬Y、Gd、Ce用鐘罩壓入合金液中，稀土金屬Y、Gd和Ce顆粒尺寸為l_3mm;繼續(xù)將合金液加熱到725745t:時(shí)，保溫1015分鐘，即可澆鑄成相應(yīng)鑄件；形成的鑄件置于60-9(TC的熱處理爐中保溫0.5-0.8小時(shí)后，取出便得到所需耐溫耐磨減摩合金。實(shí)施例二先按照占原料總重A1為39%，Sn為9.9%，Mg為15%，F(xiàn)e為2%，C為0.09%，Y為1.5X，Gd為1.5X，Ce為1.5X，其余為Zn進(jìn)行配料；其制備過程同實(shí)施例一。實(shí)施例三先按照占原料總重A1為30%，Sn為8X，Mg為13%，F(xiàn)e為1%，C為O.06%，Y為1.2X，Gd為1.2X，Ce為1.3X，其余為Zn進(jìn)行配料；其制備過程同實(shí)施例一。實(shí)施例四先按照占原料總重A1為26%，Sn為5.1%，Si為3X，Pb為3X，Mg為ll%，F(xiàn)e為O.5X，C為0.05%，Y為lX，Gd為lX，Ce為lX，其余為Zn進(jìn)行配料；然后將稱好的全部Al、Mg、Zn、Si、Pb、Fe純金屬、碳粒和純Si塊置于加熱容器內(nèi)，Si塊和碳粒的大小尺寸在2-4mm，當(dāng)溫度加熱到700710°C時(shí)形成鋅、鋁、錫、鎂、鐵、碳、硅、鉛合金液，此時(shí)將配好的稀土金屬Y、Gd、Ce用鐘罩壓入合金液中，稀土金屬Y、Gd、Ce顆粒尺寸為l-3mm;繼續(xù)將合金液加熱到725745t:時(shí)，保溫1015分鐘，即可澆鑄成相應(yīng)鑄件；形成的鑄件置于60-9(TC的熱處理爐中保溫0.5-0.8小時(shí)后，取出便得到所需耐溫耐磨減摩合金。實(shí)施例五先按照占原料總重A1為39X，Sn為9.9%，Si為4.9%，Pb為4.9X，Mg為15%，F(xiàn)e為2X，C為0.09%，Y為1.5X，Gd為1.5X，Ce為1.5%，其余為Zn進(jìn)行配料；其制備過程同實(shí)施例四。實(shí)施例六先按照占原料總重A1為30%，Sn為7.9%，Si為4%，Pb為4%，Mg為12%，F(xiàn)e為1%，C為O.07%，Y為1.1%，Gd為1.1%，Ce為1.lX，其余為Zn進(jìn)行配料；其制備過程同實(shí)施例四。實(shí)施例七(合金成份不合要求的實(shí)例)先按照占原料總重A1為40%，Sn為11%，Mg為16%，F(xiàn)e為3%，C為0.10%，Y為1.6X，Gd為1.6X，Ce為1.6X，其余為Zn進(jìn)行配料；其制備過程同實(shí)施例一。實(shí)施例八(合金成份不合要求的實(shí)例)先按照占原料總重A1為40%，Sn為11%，Si為5%，Pb為5%，Mg為15%，F(xiàn)e為3%，C為O.11%，Y為1.6%，Gd為1.6%，Ce為1.6X，其余為Zn進(jìn)行配料；其制備過程同實(shí)施例四。由實(shí)施例七、八可見，合金材料的成份不在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，其抗拉強(qiáng)度和耐磨性能均會(huì)下降。實(shí)施例九先按照占原料總重A1為26X，Sn為5.l%，Si為4.9%，Pb為4.9X，Mg為15%，F(xiàn)e為2X，C為0.05%，Y為1%，Gd為1.5%，Ce為1.5X，其余為Zn進(jìn)行配料；其制備過程同實(shí)施例四。得到的合金材料的金相組織如圖l所示。表1中對比合金1、是現(xiàn)有技術(shù)的產(chǎn)品，產(chǎn)品一至產(chǎn)品八為采用本發(fā)明方法制得的合金材料，其中產(chǎn)品七與產(chǎn)品八中成份不在要求的含量范圍內(nèi)，供對比。5<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求一種鋅鋁基耐溫耐磨減摩合金材料，該合金材料以鋅鋁合金為基體，在鋅鋁合金基體上均勻分布著細(xì)小的化合物復(fù)合體，該合金材料各成分的重量百分含量Al為26％～39％，Sn為5.1％～9.9％，Mg為11％～15％，F(xiàn)e為0.5％～2％，C為0.05％～0.09％，Y為1％～1.5％，Gd為1％～1.5％，Ce為1％～1.5％，其余為Zn。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋅鋁基耐溫耐磨減摩合金材料，該合金材料中還含有重量百分含量為3%4.9%的Si和3%4.9%的Pb。3.權(quán)利要求1所述鋅鋁基耐溫耐磨減摩合金材料的制備方法，其制備過程如下先按照占原料總重A1為26%39%，Sn為5.1%9.9%，Mg為11%15%，F(xiàn)e為0.5%2%，<:為0.05%0.09%，￥為1%1.5%，6(1為1%1.5%，〇6為1%1.5%，其余為Zn進(jìn)行配料；然后將稱好的全部Al、Mg、Zn、Fe純金屬、碳粒塊置于加熱容器內(nèi)，碳粒的大小尺寸在2-4mm，當(dāng)溫度加熱到700710°C時(shí)形成鋅、鋁、錫、鎂、鐵、碳合金液，此時(shí)將配好的稀土金屬Y、Gd、Ce用鐘罩壓入合金液中，稀土金屬Y、Gd、Ce顆粒尺寸為l_3mm;繼續(xù)將合金液加熱到725745t:時(shí)，保溫1015分鐘，即可澆鑄成相應(yīng)鑄件；形成的鑄件置于60-9(TC的熱處理爐中保溫0.5-0.8小時(shí)后，取出便得到所需耐溫耐磨減摩合金。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述鋅鋁基耐溫耐磨減摩合金材料的制備方法，其制備過程中還加入3%4.9%的Si和3%4.9%的Pb，Pb和Si同其它金屬一起置于加熱容器內(nèi)加熱形成合金液，Si塊大小尺寸在2-4mm。全文摘要本發(fā)明提供一種鋁基耐溫耐磨減摩合金材料及其制備方法，大大提高了合金的耐溫耐磨減摩作用。該方法工藝簡便，生產(chǎn)成本低，便于工業(yè)化生產(chǎn)。該合金材料以鋅鋁合金為基體，在鋅鋁合金基體上均勻分布著細(xì)小的化合物復(fù)合體，該合金材料各成分的重量百分含量Al為26％～39％，Sn為5.1％～9.9％，Mg為11％～15％，F(xiàn)e為0.5％～2％，C為0.05％～0.09％，Y為1％～1.5％，Gd為1％～1.5％，Ce為1％～1.5％，其余為Zn。文檔編號C22C18/04GK101781727SQ20101011249公開日2010年7月21日申請日期2010年2月23日優(yōu)先權(quán)日2010年2月23日發(fā)明者王玲,趙浩峰申請人:南京信息工程大學(xué)