專利名稱：：耐磨鋅鋁基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，涉及一種鋅鋁基高強耐磨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。CN894.95274.7號發(fā)明申請中的高鋁鋅基耐磨合金，是代替錫青銅，用于機械行業(yè)不同工況條件下工作的軸瓦、軸套、蝸輪等耐磨零件的合金材料。該合金的最佳成份配比(按重量％)分別為鋅53%，鋁43%，銅3.5%，硅0.8%，鎂0.03%。合金組織為軟基體上分布著硬質(zhì)點，使合金的耐磨性能大大提高，并且具有較高的強度和硬度。與錫青銅合金相比，該發(fā)明的鋅基耐磨合金，以鋅代銅，提高鋁含量，使合金重量減輕1/2，成本降低50%，是滑動軸承理想的耐磨合金材料。該發(fā)明中因硅含量少，耐磨性能需要提高。CN15084.9037801.X號申請公開了一種高強耐磨鋅鋁合金，其各成份包括A125-40%;Cu1-5%;Si1-4.9%;余量為Zn。該發(fā)明的利用噴射成形和多道次累積變形熱擠壓法來實現(xiàn)普通鑄造無法達到的硅顆粒的細(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)明針對上述技術(shù)缺陷，提供一種具有較高耐磨性能的合金材料，該材料因為有效提高硅含量，大大提高了合金的耐磨作用。本發(fā)明的另一目的是提供該合金材料的制備方法，該方法制備工藝簡便，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)方案實現(xiàn)的—種耐磨鋅鋁基合金材料，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)小鎂化合物相，該合金材料的化學(xué)成分的重量百分含量A1為15%24%，Si為10.1%13%，Mg為5.1%9.9%，F(xiàn)e為0.5%2%，C為0.002%0.02%，Gd為0.5%3.5%，其余為Zn。該合金材料的化學(xué)成分中還含有的重量百分含量為0.5%2%的Dy。本發(fā)明耐磨鋅鋁基合金材料的制備方法，其制備過程如下先按照占原料總重15%24%的Al、10.1%13%的Si、5.1%9.9X的Mg、0.5%2%的Fe、0.002%0.02%的C、0.5%3.5%的Gd，其余為Zn進行配料；然后將稱好的全部純金屬Al、Mg、Zn、Fe及純Si塊和碳粒置于加熱容器內(nèi)，Si塊和碳粒的大小尺寸在2-4mm，當(dāng)溫度加熱到670690°C時形成鋅、鋁、硅、鎂、鐵、碳合金液，此時將配好的純稀土金屬用鐘罩壓入合金液中，稀土金屬顆粒尺寸為2-3mm;繼續(xù)將合金液加熱到724745t:時，保溫2025分鐘，即可澆鑄成相應(yīng)鑄件；形成的鑄件置于70-20(TC的熱處理爐中保溫0.3-0.6小時后，取出便得到耐磨鋅鋁基合金材料。上述制備過程中還加入占原料總重O.5X2X的Dy，Dy與Gd同時加入，Dy與Gd的顆粒尺寸為2-3mm。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點本發(fā)明的耐磨鋅鋁基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，稀土元素鏑和釓是表面活性元素，在鐵鋁化合物凝固長大過程中可以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。鏑可以和硅、鐵形成化合物，禮可以和鐵及硅形成化合物。鏑、禮形成的含鐵硅化合物等與鎂硅化合物、鐵鋁化合物有很好的親和作用，可以將合金中的鎂硅化合物、鐵鋁化合物結(jié)合團聚形成團狀的化合物復(fù)合體，分布在柔韌的基體固溶體中。在合金凝固時碳和鋁形成的細(xì)小的質(zhì)點，這些細(xì)小的質(zhì)點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狀化合物復(fù)合體，化合物復(fù)合體中硬脆的鎂硅化合物、鐵鋁化合物相間融于有一定韌性的稀土鐵硅化合物中，這種細(xì)小的硬質(zhì)化合物復(fù)合體又處于韌性固溶體包圍中，因此起抗磨作用的化合物復(fù)合體在與配副的摩擦中不宜碎化脫落，因此該材料具有一定的強度和很好的耐磨性。合金性能見表l。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)明實施例九制得耐磨鋅鋁基合金材料的金相組織。圖中，黑色區(qū)的為固溶體，白色區(qū)為化合物復(fù)合體。五具體實施例方式本發(fā)明耐磨鋅鋁基合金材料的各制備實例如下實施例一先按照占原料總重A1為15%，Si為10.1%，Mg為5.1%，F(xiàn)e為0.5%、C為0.002%，Gd為0.5%，其余為Zn進行配料；然后將稱好的全部純金屬Al、Mg、Zn、Fe及純Si塊和碳粒置于加熱容器內(nèi)，Si塊和碳粒的大小尺寸在2-4mm，當(dāng)溫度加熱到670690°C時形成鋅、鋁、硅、鎂、鐵、碳合金液，此時將配好的純稀土金屬Gd用鐘罩壓入合金液中，稀土金屬Gd的顆粒尺寸為2-3mm;繼續(xù)將合金液加熱到724745t:時，保溫2025分鐘，即可澆鑄成相應(yīng)鑄件；形成的鑄件置于70-20(TC的熱處理爐中保溫0.3-0.6小時后，取出便得到耐磨鋅鋁基合金材料。實施例二按照占原料總重A1為24%，Si為13%，Mg為9.9%，F(xiàn)e為2%，C為0.02%，Gd4為3.5%，其余為Zn進行配料；其制備過程同實施例一。實施例三按照占原料總重A1為20%，Si為11%，Mg為7%，F(xiàn)e為0.7%，C為0.007，Gd為2.5%，其余為Zn進行配料；其制備過程同實施例一。實施例四先按照占原料總重A1為15%，Si為10.1%，Mg為5.1%，F(xiàn)e為0.5%，C為0.002%，Gd為0.5%，Dy為0.5%，其余為Zn進行配料；然后將稱好的全部純金屬Al、Mg、Zn、Fe及純Si塊和碳粒置于加熱容器內(nèi)，Si塊和碳粒的大小尺寸在2-4mm，當(dāng)溫度加熱到670690°C時形成鋅、鋁、硅、鎂、鐵、碳合金液，此時將配好的純稀土金屬Gd與Dy用鐘罩壓入合金液中，稀土金屬Gd與Dy的顆粒尺寸為2_3mm;繼續(xù)將合金液加熱到724745°C時，保溫2025分鐘，即可澆鑄成相應(yīng)鑄件；形成的鑄件置于70-20(TC的熱處理爐中保溫0.3-0.6小時后，取出便得到所需耐磨鋅鋁基合金材料。實施例五按照占原料總重A1為24%，Si為13%，Mg為9.9%，F(xiàn)e為2%，C為0.02%，Gd為2%，Dy為2%，其余為Zn進行配料；其制備過程同實施例四。實施例六按照占原料總重A1為20%，Si為11%，Mg為6X，F(xiàn)e為O.8%，C為0.007，Gd為0.65%，Dy為1%，其余為Zn進行配料；其制備過程同實施例四。實施例七(原料成份不合要求的實例)按照占原料總重A1為20X，Si為14X，Mg為10%，F(xiàn)e為0.8%，C為0.007，Gd為3%，Dy為3%，其余為Zn進行配料；其制備過程同實施例四。實施例八(原料成份不合要求的實例)按照占原料總重A1為26%，Si為14%，Mg為6%，F(xiàn)e為3%，C為0.02，Gd為3X，Dy為3X，其余為Zn進行配料；其制備過程同實施例四。由實施例七、八可見，合金材料的成份不在本發(fā)明相應(yīng)的范圍內(nèi)，其抗拉性能和耐磨性能均明顯下降。實施例九按照占原料總重A1為24%、Si為12%、Mg為4.9%、Fe為0.5%、C為0.002%、Dy為0.8X、Gd為2%、其余為Zn進行配料；其制備過程同實施例四。得到的合金材料的金相組織如圖1所示，白色區(qū)的為固溶體枝晶，灰色區(qū)為化合物復(fù)合體。表1:下表中對比合金是現(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。表1:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>由上表可見，合金中Si、Mg、Fe、C、Gd和Dy含量在本案范圍內(nèi)增加，耐磨性能提高；如果Si、Mg、Fe、C、Gd和Dy含量超出本案范圍化合物復(fù)合體不能為固溶體所包裹，因此在摩擦過程中易脫落，脫落的硬質(zhì)稀土化合物反而形成磨料，加速材料的磨損。過多的Gd和Dy會導(dǎo)致稀土化合物過多，增加了材料的脆性。權(quán)利要求一種耐磨鋅鋁基合金材料，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)小鎂化合物相，該合金材料中各成分的重量百分含量Al為15％～24％，Si為10.1％～13％，Mg為5.1％～9.9％，F(xiàn)e為0.5％～2％，C為0.002％～0.02％，Gd為0.5％～3.5％，其余為Zn。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨鋅鋁基合金材料，該合金材料的化學(xué)成分中還含有的重量百分含量為0.5%2%的Dy。3.權(quán)利要求1所述耐磨鋅鋁基合金材料的制備方法，其制備過程如下先按照占原料總重15%24%的Al、10.1%13%的Si、5.1%9.9%的Mg、0.5%2%的Fe、0.002%0.02%的C、0.5%3.5%的Gd，其余為Zn進行配料；然后將稱好的全部純金屬Al、Mg、Zn、Fe及純Si塊和碳粒置于加熱容器內(nèi)，Si塊和碳粒的大小尺寸在2-4mm，當(dāng)溫度加熱到670690°C時形成鋅、鋁、硅、鎂、鐵、碳合金液，此時將配好的純稀土金屬Gd用鐘罩壓入合金液中，稀土金屬Gd的顆粒尺寸為2-3mm;繼續(xù)將合金液加熱到724745°C時，保溫2025分鐘，即可澆鑄成相應(yīng)鑄件；形成的鑄件置于70-20(TC的熱處理爐中保溫0.3-0.6小時后，取出便得到耐磨鋅鋁基合金材料。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述耐磨鋅鋁基合金材料的制備方法，上述制備過程中還加入占原料總重0.5%2%的Dy，Dy的顆粒尺寸為2-3mm，稀土金屬Dy與Gd同時用鐘罩壓入合金液中。全文摘要本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種具有較高耐磨性能的合金材料及其制備方法，該材料因為有效提高硅含量，大大提高了合金的耐磨作用。該方法制備工藝簡便，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)小鎂化合物相，該合金材料中各成分的重量百分含量Al為15％～24％，Si為10.1％～13％，Mg為5.1％～9.9％，F(xiàn)e為0.5％～2％，C為0.002％～0.02％，Gd為0.5％～3.5％，其余為Zn。文檔編號C22C18/04GK101781725SQ20101011247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)