專利名稱：：鋅鋁基耐溫耐磨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)的鋅鋁基高耐溫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。但是耐溫性能受到限制。蘇震在1995年第4期的湖南大學(xué)學(xué)報上探索加硅、錳改善鋅鋁合金的高溫力學(xué)性能。但是由于硅對材料室溫強度和韌性的負面影響，合金中硅的質(zhì)量百分含量限制在2-6%。CN89115274.7號申請為一種代替錫青銅的高鋁鋅基耐磨合金，它用于機械行業(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，該申請中的鋅基耐磨合金，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。200610038825.8號申請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(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。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，提供一種鋅鋁基高耐溫耐磨合金材料，該材料中的成份可形成特殊化合物，提高了合金的耐熱性能，同時由于特殊鎂化合物能夠改善合金的韌性，提高了合金的耐磨作用。本發(fā)明的另一目的是提供高硅鋅鋁基耐溫耐磨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)方案實現(xiàn)的—種鋅鋁基耐溫耐磨合金材料，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小鎂化合物相，該合金材料各成分的重量百分含量A1為28%39%，Si為5.1%9.9%，Sn為5.1%9.9%，Mg為11%15%，F(xiàn)e為0.5%1.5%，C為0.008%0.015%，Y為0.5%1.5%，其余為Zn。該合金材料中還含有重量百分含量為O.5%1.0X的Dy和0.5%1.0X的Gd。上述鋅鋁基耐溫耐磨合金材料的制備方法，其制備過程如下先按照占原料總重28%39%的Al，5.1%9.9%的Si，5.1%9.9X的Sn，11%15X的Mg，0.5%1.5X的Fe，0.008%0.015%C，O.5%1.5X的Y，其余為Zn進行配料；然后將稱好的全部Al、Mg、Zn、Fe、Sn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680700°C時形成鋅、鋁、硅、鎂、鐵、錫、碳合金液，此時將配好的稀土金屬Y用鐘罩壓入合金液中，Y的顆粒尺寸為l-3mm;繼續(xù)將合金液加熱到760775t:時，保溫1115分鐘，即可澆鑄成相應(yīng)鑄件；形成的鑄件置于8(TC的熱處理爐中保溫0.5小時后，取出便得到所需耐溫耐磨合金。上述制備過程中還加入占原料總重O.5%1.0X的Gd和0.5%1.0X的Dy，稀土金屬Gd和Dy的顆粒尺寸為l-3mm，稀土金屬Gd、Dy與Y同時用鐘罩壓入合金液中。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有如下優(yōu)點本發(fā)明的鋅鋁基高耐磨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、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。釔可以和錫形成化合物，鏑、禮和釔可以與硅、鐵形成化合物。鏑、禮形成的含硅錫化合物。這些化合物與鎂硅化合物、鎂錫化合物、鐵鋁化合物等有很好的親和作用，可以將合金中的鎂硅化合物、鎂錫化合物、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、鋁和稀土形成的細小的質(zhì)點，這些細小的質(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)合體中具有較高熔點的硬脆鎂硅化合物、鐵鋁化合物相間融于有一定韌性的較高熔點的鎂錫化合物、稀土鐵硅化合物中，這種細小的硬質(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，而切該材料具有較高的耐溫性。該材料因為Y或Y、Dy、Gd結(jié)合與Si和Sn形成硬度和熱硬性較高的特殊化合物，提高了合金的耐熱性能，同時由于特殊鎂化合物能夠改善合金的韌性，提高了合金的耐磨作用。本發(fā)明的合金性能見表l。該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)明實施例九制得的耐溫耐磨合金材料的金相組織。圖中，黑色區(qū)的為固溶體基體，白色為化合物復(fù)合體。五具體實施方式實施例一先按照占原料總重A1為28%，Si為5.lX，Sn為5.lX，Mg為ll%，F(xiàn)e為O.5%，C為0.008%，Y為0.5%，其余為Zn進行配料；然后將稱好的全部Al、Mg、Zn、Fe、Sn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680700°C時形成鋅、鋁、硅、鎂、鐵、錫、碳合金液，此時將配好的純Y用鐘罩壓入合金液中，Y的顆粒尺寸為l-3mm;繼續(xù)將合金液加熱到760775t:時，保溫1115分鐘，即可澆鑄成相應(yīng)鑄件；形成的鑄件置于8(TC的熱處理爐中保溫0.5小時后，取出使得到所需耐溫耐磨合金。實施例二按照占原料總重A1為39%，Si為9.9%，Sn為9.9%，Mg為15%，F(xiàn)e為1.5%，C為0.015%，Y為1.5%，其余為Zn進行配料；制備過程同實施例一。實施例三按照占原料總重A1為35%，Si為7%，Sn為7%，Mg為13%，F(xiàn)e為1%，C為0.01%，Y為1%，其余為Zn進行配料；制備過程同實施例一。實施例四先按照占原料總重A1為28%，Si為5.lX，Sn為5.lX，Mg為ll%，F(xiàn)e為O.5%，C為0.008%，Y為0.5%，Gd為0.5%，Dy為0.5%，其余為Zn進行配料；然后將稱好的全部Al、Mg、Zn、Fe、Sn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680700°C時形成鋅、鋁、硅、鎂、鐵、錫、碳合金液，此時將配好的稀土金屬Y、Gd和Dy用鐘罩壓入合金液中，稀土金屬Y、Gd和Dy顆粒尺寸為l_3mm;繼續(xù)將合金液加熱到760775t:時，保溫1115分鐘，即可澆鑄成相應(yīng)鑄件；形成的鑄件置于8(TC的熱處理爐中保溫0.5小時后，取出便得到所需耐溫耐磨合金。實施例五按照占原料總重A1為39%，Si為9.9%，Sn為9.9%，Mg為15%，F(xiàn)e為1.5%，C為O.015%，Y為1.5%，Gd為1.0%，Dy為1.0X，其余為Zn進行配料；制備過程同實施例四。實施例六按照占原料總重A1為32%，Si為8%，Sn為8%，Mg為14%，F(xiàn)e為0.9%，C為0.009X，Y為0.7X，Gd為0.8%，Dy為0.8X，其余為Zn進行配料；制備過程同實施例四。實施例七(合金成份不合要求的實例)按照占原料總重A1為39%，Si為10%，Sn為10%，Mg為16%，F(xiàn)e為1.5%，C為0.018X，Y為1.6X，Gd為1.2^，Dy為1.5X，其余為Zn進行配料；制備過程同實施例四。實施例八(合金成份不合要求的實例)先按照占原料總重A1為45%，Si為11%，Sn為12%，Mg為16%，F(xiàn)e為1%，C為0.019X，Y為1.4X，其余為Zn進行配料；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適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，其抗拉強度和耐磨性能明顯降低。實施例九先按照占原料總重A1為30%、Si為5.lX、Sn為9.9X、Mg為ll%、Fe為O.5%、C為0.008X、Y為0.8X、Gd為l%、Dy為1%、其余為Zn進行配料；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。表1中對比合金1、2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:合仝<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>可以看出，合金中Si、Sn、Mg、Fe、C、Y、Dy和Gd含量在本案范圍內(nèi)增加，耐磨性能和耐熱性能都提高；如果Si、Mg、Fe、C、Y、Dy和Gd含量超出本案范圍，細小的稀土化合物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。另外Si、Mg、Fe、C、Y、Dy和Gd含量過多，化合物數(shù)量增加會使合金的強度下降。權(quán)利要求一種鋅鋁基耐溫耐磨合金材料，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小鎂化合物相，該合金材料各成分的重量百分含量Al為28％～39％，Si為5.1％～9.9％，Sn為5.1％～9.9％，Mg為11％～15％，F(xiàn)e為0.5％～1.5％，C為0.008％～0.015％，Y為0.5％～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合金材料，該合金材料中還含有重量百分含量為0.5%1.0%的Dy和0.5%1.0%的Gd。3.權(quán)利要求1所述鋅鋁基耐溫耐磨合金材料的制備方法，其制備過程如下先按照占原料總重28%39%的Al，5.1%9.9%的Si，5.1%9.9%的Sn，11%15X的Mg，0.5%1.5X的Fe，0.008%0.015%C，O.5%1.5X的Y，其余為Zn進行配料；然后將稱好的全部Al、Mg、Zn、Fe、Sn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680700°C時形成鋅、鋁、硅、鎂、鐵、錫、碳合金液，此時將配好的稀土金屬Y用鐘罩壓入合金液中，Y的顆粒尺寸為l-3mm;繼續(xù)將合金液加熱到760775t:時，保溫1115分鐘，即可澆鑄成相應(yīng)鑄件；形成的鑄件置于8(TC的熱處理爐中保溫0.5小時后，取出便得到所需耐溫耐磨合金。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋅鋁基耐溫耐磨合金材料的制備方法，上述制備過程中還加入占原料總重O.5%1.0X的Gd和0.5%1.0X的Dy，稀土金屬Gd和Dy的顆粒尺寸為l-3mm，稀土金屬Gd、Dy與Y同時用鐘罩壓入合金液中。全文摘要本發(fā)明提供一種鋅鋁基耐溫耐磨合金材料及其制備方法，該材料中的成份可形成特殊化合物，提高了合金的耐熱性能，同時由于特殊鎂化合物能夠改善合金的韌性，提高了合金的耐磨作用。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小鎂化合物相，該合金材料各成分的重量百分含量Al為28％～39％，Si為5.1％～9.9％，Sn為5.1％～9.9％，Mg為11％～15％，F(xiàn)e為0.5％～1.5％，C為0.008％～0.015％，Y為0.5％～1.5％，其余為Zn。文檔編號C22C18/04GK101781726SQ20101011248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)