一種重型裝備零部件用高強度納米級碳化硅銅基復合合金新材料的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及合金材料，特別是涉及一種重型裝備零部件用高強度納米級碳化硅銅基復合合金新材料。
【背景技術】
[0002]納米碳化娃是一種通過一定的技術條件，在普通碳化娃材料的基礎上制備出的一種納米材料。納米碳化硅具有純度高、粒徑小、分布均勻、比表面積大、高表面活性、松裝密度低、極好的力學、熱學、電學和化學性能，即具有高硬度、高耐磨性和良好的自潤滑、高熱傳導率、低熱膨脹系數及高溫強度大等特點。
[0003]國標銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)是一種多用途的鑄造青銅材料，它具有較好的耐磨性及耐蝕性、易加工、鑄造性能好、氣密性好。因此，主要應用于制造在較高負荷、中等滑動速度(4m/s)下工作的耐磨、耐蝕零件，如軸瓦、襯套、缸套、活塞、離合器、栗件壓蓋、渦輪等。但是，由于銅合金ZCuSn5Zn5Pb5M料自身的原因，在重型裝備中的應用受到較大限制。只有在保證銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)原有特性的前提下進一步提升該材料的強度、硬度，并延長其使用壽面，才能滿足該材料在重型裝備中應用的要求。

【發(fā)明內容】

[0004]針對上述現有技術中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種重型裝備零部件用高強度納米級碳化娃銅基復合合金新材料及其制備方法。
[0005]為了實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案如下:
[0006]—種重型裝備零部件用高強度納米級碳化硅銅基復合合金新材料，銅基復合合金新材料的成分包含納米級碳化娃、銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)，其中，銅基復合合金新材料的的各成分組成按體積百分比分別為:納米級碳化硅:7_11%，銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5):
89-93%。
[0007]進一步地，銅基復合合金新材料的的各成分組成按體積百分比分別為:納米級碳化硅:7.5-10.5%，銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5):89.5-92.5%0
[0008]進一步地，納米級碳化娃的粒徑在30 μ m-200 μ m范圍內。
[0009]進一步地，銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)的鑄造是按照國標GB/T 1176-2013的標準。
[0010]一種上述重型裝備零部件用高強度納米級碳化硅銅基復合合金新材料的制備方法，包含以下步驟:
[0011]步驟1:將電解銅、錫、鋅及鉛按照重量比例放入電爐中熔煉；
[0012]步驟2:采用斯派克直讀光譜儀對熔煉完成的銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)液體進行成分檢測；
[0013]步驟3:將納米級碳化娃粉體放入檢驗合格的銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)液體的表面，開啟工頻電爐的震動裝置并用石墨棒進行攪拌以均勻混合；然后進一步升高溫度到保持溫度并在保持溫度下保持；
[0014]步驟4:保溫與鑄造，將熔煉完成的銅基復合合金新材料保溫，采用連續(xù)鑄造的方式將銅基復合合金新材料鑄造成銅基復合合金新材料棒材；
[0015]步驟5:將鑄造完成的銅基復合合金新材料棒材進行表面車加工處理，并按照出廠標準包裝。
[0016]進一步地，步驟1中的熔煉溫度為1000°C -1100°C，熔煉時間為5-6小時。
[0017]進一步地，步驟3中的保持溫度為1500°C -1600°C，保持時間為15_20分鐘。
[0018]進一步地，步驟4中的保溫時間為15-25分鐘，鑄造溫度為1000°C _1100°C。
[0019]本發(fā)明的重型裝備零部件用高強度納米級碳化硅銅基復合合金新材料，將納米碳化娃材料通過一定的技術手段均勾分布在現有的銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)材料中，利用納米級碳化硅高硬度、高耐磨性和良好的自潤滑及高溫強度大的性能，實現銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)材料的性能的進一步提升。本發(fā)明的重型裝備零部件用高強度納米級碳化娃銅基復合合金新材料具有比現有的銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)材料更高的強度、硬度、耐磨性以及耐腐蝕性，并滿足較高滑動速度^m/s)下工作的耐磨零件，從而拓展原有合金材料在重型裝備機械零部件中的應用范圍。
【具體實施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0021]本發(fā)明提供的重型裝備零部件用高強度納米級碳化硅銅基復合合金新材料，銅基復合合金新材料的成分包含納米級碳化娃、銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)，其中，銅基復合合金新材料的的各成分組成按體積百分比分別為:納米級碳化硅:7-11 %，銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5):89-93%。納米級碳化娃是通過已知的方法制得，納米級碳化娃的粒徑在30 μ m-200 μ m范圍內。銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)的鑄造是按照國標GB/T 1176-2013的標準。
[0022]本發(fā)明提供的重型裝備零部件用高強度納米級碳化硅銅基復合合金新材料的制備方法，包含以下步驟:
[0023]步驟1:按照國標GB/T 1176-2013的標準及銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)的化學成分要求將電解銅、錫、鋅及鉛按照重量比例放入電爐中熔煉，熔煉期間根據熔爐的體積大小控制銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)液體體積在熔爐體積的99%以下，熔煉溫度為1000°C _1100°C，熔煉時間為5-6小時。
[0024]步驟2:采用斯派克直讀光譜儀對熔煉完成的銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)液體進行成分檢測，以確定銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)液體的化學成分在國標要求范圍之內。
[0025]步驟3:將納米級碳化娃粉體放入檢驗合格的銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)液體的表面，開啟工頻電爐的震動裝置并用石墨棒進行攪拌以均勻混合，進一步升高溫度到1500°C -1600 °C 并保持 15-20 分鐘。
[0026]步驟4:保溫與鑄造，將熔煉完成的銅基復合合金新材料保溫15-25分鐘，采用連續(xù)鑄造的方式將銅基復合合金新材料鑄造成銅基復合合金新材料棒材，鑄造溫度為1000。。-1100。。。
[0027]步驟5:將鑄造完成的銅基復合合金新材料棒材進行表面車加工處理，并按照出廠標準包裝。
[0028]實施例一:
[0029]按體積百分比為:納米級碳化硅(SiC):7%，銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5):93%準備原料。其中納米級碳化娃(SiC)是通過已知的方法制得，納米級碳化娃(SiC)的粒徑為200 μm。銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)的鑄造是按照國標GB/T 1176-2013的標準。
[0030]首先，按照國標GB/T 1176-2013的標準及銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)的化學成分要求將電解銅、錫、鋅及鉛按照重量比例放入電爐中熔煉，熔煉期間根據熔爐的體積大小控制銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)液體體積在熔爐體積的99 %以下，熔煉溫度為1100°C，熔煉時間為6小時。
[0031]接著，采用斯派克直讀光譜儀對熔煉完成的銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)液體進行成分檢測，以確定銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)液體的化學成分在國標要求范圍之內。
[0032]接著，將納米級碳化娃(SiC)粉體放入檢驗合格的銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)液體的表面，開啟工頻電爐的震動裝置并用石墨棒進行攪拌以均勻混合，進一步升高溫度到1600°C并保持20分鐘。
[0033]接著，保溫與鑄造，將熔煉完成的銅基合金新材料保溫15分鐘，采用連續(xù)鑄造的方式將銅基合金新材料鑄造成銅基合金新材料棒材，鑄造溫度為1100°C。
[0034]最后，將鑄造完成的銅基合金新材料棒材進行表面車加工處理，并按照出廠標準包裝。
[0035]制備的海洋工程用高強度碳化鈦顆粒增強銅基合金新材料的強度、硬度、耐磨性以及耐腐蝕性的衡量值分別比原有銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)材料提高了 58 %、70%、29%和43%，滿足較高滑動速度^m/s)下工作的耐磨零件，從而拓展原有銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)材料在重型裝備機械零部件中的應用范圍。
[0036]實施例二:
[0037]按體積百分比為:納米級碳化硅(SiC):7.5%，銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5):92.5%準備原料。其中納米級碳化硅(SiC)是通過已知的方法制得，納米級碳化硅(SiC)的粒徑為160 μm。銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)的鑄造是按照國標GB/T 1176-2013的標準。
[0038]首先，按照國標GB/T 1176-2013的標準及銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)的化學成分要求將電解銅、錫、鋅及鉛按照重量比例放入電爐中熔煉，熔煉期間根據熔爐的體積大小控制銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)液體體積在熔爐體積的99%以下，熔煉溫度為1080°C，熔煉時間為5.7小時。
[0039]接著，采用斯派克直讀光譜儀對熔煉完成的銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)液體進行成分檢測，以確定銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)液體的化學成分在國標要求范圍之內。
[0040]接著，將納米級碳化娃(SiC)粉體放入檢驗合格的銅合金(ZCuSn5Zn5Pb5)液體的表面，開啟工頻電爐的震動裝置并用石墨棒進行攪拌以均勻混合，進一步升高溫度到1580°C并保持17分鐘。
[0041]接著，保溫與鑄造，將熔煉完成的銅基合金新材料保溫22分鐘，采用連續(xù)鑄造的方式將銅基合金新材料鑄造成銅基合金新材料棒材，鑄造溫度為1060°C。
[0042]最后，將鑄造完成的銅基合金新材料棒材進行表面車加工處理，并按照出廠標準包裝。
[0043]制備的海洋工程用高強度碳化鈦顆粒增強銅基合金新材料的強度、硬度、耐磨性以及耐腐