一種提高在堿性介質(zhì)下滾動磨損性能的銅鋅鋁記憶合金的制作方法
【專利摘要】一種提高在堿性介質(zhì)下滾動磨損性能的銅鋅鋁記憶合金，屬于銅基形狀記憶合金制備【技術(shù)領(lǐng)域】，其特征為：以成分為24.5-26wt%Zn、3.5-4wt%Al、復(fù)合稀土變質(zhì)劑0.2-1.0wt%、余為銅的原料在中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉，熔煉后澆注成直徑為φ80×150mm的鑄錠。鑄錠退火處理是850℃保溫24小時隨爐冷卻，去除表面2-3mm的脫鋅層，再在850℃保溫半小時后鍛打成φ55×60mm的棒材。棒材熱處理工藝：850℃保溫30分鐘后，從保溫爐中取出在大氣環(huán)境冷卻。對其制備的試樣進(jìn)行力學(xué)性能和在堿性介質(zhì)下的滾動磨損性能測試。
【專利說明】一種提高在堿性介質(zhì)下滾動磨損性能的銅鋅鋁記憶合金

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于銅基形狀記憶合金制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特指一種提高在堿性介質(zhì)下滾動磨損性能的銅鋅鋁記憶合金。

【背景技術(shù)】
[0002]形狀記憶合金無論在生產(chǎn)工藝，還是在材料及元件的應(yīng)用上都在不斷的開拓和發(fā)展，迅速應(yīng)用到國防、汽車、機(jī)械、能源、交通及生物學(xué)等領(lǐng)域。其中，銅基形狀記憶合金是目前發(fā)現(xiàn)的形狀記憶合金的主要類型。近年來的研究表明形狀記憶合金除具有形狀記憶、偽彈性和高阻尼外，還具有良好的耐磨損性能。形狀記憶合金具有優(yōu)良的耐磨損性能是由前蘇聯(lián)學(xué)者AkceAoB于1982年提出的，但當(dāng)時未引起重視。據(jù)所查的文獻(xiàn)來看，對形狀記憶合金磨損性能的研究，國外主要集中NiTi基合金上，對Cu基記憶合金磨損性能的研究鮮有報(bào)道。國內(nèi)對這方面的報(bào)道不多，且不同的學(xué)者對形狀記憶合金的耐磨機(jī)理有不同的見解。銅鋅鋁形狀記憶合金作為銅基記憶合金中最具有實(shí)用價值的合金之一，具有生產(chǎn)工藝簡單，成本低廉(價格僅為N1-Ti系合金的十分之一)，有良好的記憶性能(僅次于N1-Ti系合金)，其相變點(diǎn)可以在-100°C?300°C范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)用前景非常廣闊。作為一種實(shí)用性材料，銅鋅鋁形狀記憶合金倍受關(guān)注的問題是形狀記憶穩(wěn)定性差，表現(xiàn)出記憶性能衰退現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了滾動磨損性能，極大的限制了應(yīng)用范圍，因此對它的研究和開發(fā)具有重大意義。
[0003]本發(fā)明開發(fā)出一種提高在堿性介質(zhì)下滾動磨損性能的銅鋅鋁記憶合金。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明開發(fā)出一種提高在堿性介質(zhì)下滾動磨損性能的銅鋅鋁記憶合金，其特征為:以電解銅、鋅錠O號、工業(yè)鋁錠AOO號、復(fù)合稀土變質(zhì)劑(其中Ce 10?15wt%、La 8?12 wt% >Nd 8 ?12wt%、Sc6 ?9wt%、Lu6 ?9 wt% > Ni 4 ?8wt%、Y + Pr + Tb + Eu +Gd + Ho + Er + Tm為10?20wt%，V 2?5wt%，Zr 2?5wt%，余為銅。)為原料。成分按按Ζη24.5-26 wt%、A13.5-4 wt%、復(fù)合稀土變質(zhì)劑0.2-1.0 wt%、余量是銅的比例稱重后在中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:加入預(yù)熱過的電解銅、鋅錠、鋁錠，待材料全部熔化后，升溫至1250°C采用沖入法加入復(fù)合稀土變質(zhì)劑，熔煉后澆注成直徑為Φ80Χ150πιπι的鑄錠。退火處理是加熱到850°C保溫24小時后隨爐冷卻，然后去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在850°C保溫半小時后鍛打成Φ55Χ60πιπι的棒材。最后進(jìn)行熱處理，其具體工藝為:850°C保溫30分鐘后，從保溫爐中取出在大氣環(huán)境冷卻。該銅鋅鋁形狀記憶合金材料在堿性介質(zhì)下的滾動磨損性能得到顯著提高。
[0005]將棒材加工成國家標(biāo)準(zhǔn)試棒，室溫拉伸力學(xué)性能測試在WE-10型液壓式拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。再在棒材上取樣，通過線切割加工出滾動磨損試樣，滾動磨損試樣為圓環(huán)狀，具體尺寸:外徑Φ50臟，內(nèi)孔Φ16 mm，環(huán)厚度8mm。對磨件尺寸同上，材質(zhì)為45#鋼，硬度50 — 54HRC。滾動磨損是在國產(chǎn)MM-2000型銷盤式試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。磨損量以試樣磨損前后的質(zhì)量差來衡量，稱量采用MAllO電子分析天平，精度為0.0OOlg。堿性介質(zhì)為自配的Na(OH)稀溶液,滴速為20滴每分鐘。各試樣開始試驗(yàn)前，先進(jìn)行30min的預(yù)跑合,跑合完畢后測定原始重量，然后加載至預(yù)定的載荷進(jìn)行預(yù)定時間的磨損試驗(yàn)。滾動磨損試驗(yàn)結(jié)束后，將試樣用丙酮超聲清洗30min，再測定試樣的重量，并計(jì)算出試樣的磨損量(磨損失重)。每次測試前試樣和對磨件都要用丙酮清洗，每次測試后下一次測試前要將對磨件用砂紙磨到1200號，防止下一次測試時對磨件的表面粗糙度發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)中，鋼環(huán)轉(zhuǎn)速200r/min，銅環(huán)轉(zhuǎn)速180r/min，相對滑動速度0.05236m/s。
[0006]

【專利附圖】

【附圖說明】
圖1不同預(yù)定載荷對銅鋅鋁形狀記憶合金磨損量的影響(PH=9.0，試驗(yàn)時間2小時)
圖2不同預(yù)定載荷對銅鋅鋁形狀記憶合金磨損量的影響(PH=Il.0，試驗(yàn)時間2小時) 【具體實(shí)施方式】實(shí)施例1
以電解銅、鋅錠O號、工業(yè)鋁錠AOO號、復(fù)合稀土變質(zhì)劑(其中Ce 10?15wt%、La 8?12 wt% >Nd 8 ?12wt%、Sc6 ?9wt%、Lu6 ?9 wt% > Ni 4 ?8wt%、Y + Pr + Tb + Eu +Gd + Ho + Er + Tm 為 10 ?20wt%，V 2 ?5wt%，Zr 2 ?5wt%，余為銅。)為原料。成分按Zn24.5 wt%, Al3.5 wt%、復(fù)合稀土變質(zhì)劑0.2 wt %、余量是銅的比例稱重后在中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:加入預(yù)熱過的電解銅、鋅錠、鋁錠，待材料全部熔化后，升溫至1250°C采用沖入法加入復(fù)合稀土變質(zhì)劑，熔煉后澆注成直徑為Φ80Χ150πιπι的鑄錠。退火處理是加熱到850°C保溫24小時后隨爐冷卻，然后去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在850°C保溫半小時后鍛打成Φ55Χ60πιπι的棒材。最后進(jìn)行熱處理，其具體工藝為:850°C保溫30分鐘后，從保溫爐中取出在大氣環(huán)境冷卻。將棒材加工成國家標(biāo)準(zhǔn)試棒，室溫拉伸力學(xué)性能測試在WE-10型液壓式拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。再在棒材上取樣，通過線切割加工出滾動磨損試樣，滾動磨損試樣為圓環(huán)狀，具體尺寸:外徑Φ50 mm,內(nèi)孔Φ16 mm，環(huán)厚度8mm。對磨件尺寸同上，材質(zhì)為45#鋼，硬度50 - 54HRC。滾動磨損是在國產(chǎn)MM-2000型銷盤式試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。磨損量以試樣磨損前后的質(zhì)量差來衡量，稱量采用MAllO電子分析天平，精度為0.0OOlgo堿性介質(zhì)為自配的Na (OH)稀溶液(PH=9.0和11.0)，滴速為20滴每分鐘。各試樣開始試驗(yàn)前，先進(jìn)行30min的預(yù)跑合，跑合完畢后測定原始重量，然后加載至預(yù)定的載荷進(jìn)行預(yù)定時間的磨損試驗(yàn)。滾動磨損試驗(yàn)結(jié)束后，將試樣用丙酮超聲清洗30min，再測定試樣的重量，并計(jì)算出試樣的磨損量(磨損失重)。每次測試前試樣和對磨件都要用丙酮清洗，每次測試后下一次測試前要將對磨件用砂紙磨到1200號，防止下一次測試時對磨件的表面粗糙度發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)中，鋼環(huán)轉(zhuǎn)速200r/min,銅環(huán)轉(zhuǎn)速180r/min,相對滑動速度
0.05236m/s。此時，銅鋅鋁形狀記憶合金的抗拉強(qiáng)度為520MPa，伸長率達(dá)到7.3%，硬度為166HB，標(biāo)記為I號試樣，滾動磨損性能見圖1和圖2。
[0007]實(shí)施例2
以電解銅、鋅錠O號、工業(yè)鋁錠AOO號、復(fù)合稀土變質(zhì)劑(其中Ce 10?15wt%、La 8?12 wt% >Nd 8 ?12wt%、Sc6 ?9wt%、Lu6 ?9 wt% > Ni 4 ?8wt%、Y + Pr + Tb + Eu +Gd + Ho + Er + Tm為10?20wt%，V 2?5wt%，Zr 2?5wt%，余為銅。)為原料。成分按按Zn25.25 wt%、A13.75 wt%、復(fù)合稀土變質(zhì)劑0.8 wt%、余量是銅的比例稱重后在中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:加入預(yù)熱過的電解銅、鋅錠、鋁錠，待材料全部熔化后，升溫至1250°C采用沖入法加入復(fù)合稀土變質(zhì)劑，熔煉后澆注成直徑為Φ80Χ150πιπι的鑄錠。退火處理是加熱到850°C保溫24小時后隨爐冷卻，然后去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在850°C保溫半小時后鍛打成Φ55Χ60πιπι的棒材。最后進(jìn)行熱處理，其具體工藝為:850°C保溫30分鐘后，從保溫爐中取出在大氣環(huán)境冷卻。將棒材加工成國家標(biāo)準(zhǔn)試棒，室溫拉伸力學(xué)性能測試在WE-10型液壓式拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。再在棒材上取樣，通過線切割加工出滾動磨損試樣，滾動磨損試樣為圓環(huán)狀，具體尺寸:外徑Φ50 mm，內(nèi)孔Φ16 mm，環(huán)厚度8mm。對磨件尺寸同上，材質(zhì)為45#鋼，硬度50 - 54HRC。滾動磨損是在國產(chǎn)MM-2000型銷盤式試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。磨損量以試樣磨損前后的質(zhì)量差來衡量，稱量采用MAllO電子分析天平，精度為0.0OOlg。堿性介質(zhì)為自配的Na (OH)稀溶液(PH=9.0和11.0)，滴速為20滴每分鐘。各試樣開始試驗(yàn)前，先進(jìn)行30min的預(yù)跑合，跑合完畢后測定原始重量，然后加載至預(yù)定的載荷進(jìn)行預(yù)定時間的磨損試驗(yàn)。滾動磨損試驗(yàn)結(jié)束后，將試樣用丙酮超聲清洗30min，再測定試樣的重量，并計(jì)算出試樣的磨損量(磨損失重)。每次測試前試樣和對磨件都要用丙酮清洗，每次測試后下一次測試前要將對磨件用砂紙磨到1200號，防止下一次測試時對磨件的表面粗糙度發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)中，鋼環(huán)轉(zhuǎn)速200r/min,銅環(huán)轉(zhuǎn)速180r/min,相對滑動速度
0.05236m/s。此時，銅鋅鋁形狀記憶合金的抗拉強(qiáng)度為540MPa，伸長率達(dá)到7.6%，硬度為192HB，標(biāo)記為2號試樣，滾動磨損性能見圖1和圖2。此時2號試樣滾動磨損性能最優(yōu)。
[0008] 實(shí)施例3
以電解銅、鋅錠O號、工業(yè)鋁錠AOO號、復(fù)合稀土變質(zhì)劑(其中Ce 10?15wt%、La 8?12 wt% >Nd 8 ?12wt%、Sc6 ?9wt%、Lu6 ?9 wt% > Ni 4 ?8wt%、Y + Pr + Tb + Eu +Gd + Ho + Er + Tm為10?20wt%，V 2?5wt%，Zr 2?5wt%，余為銅。)為原料。成分按Zn26.0 wt%、A14.0wt%、復(fù)合稀土變質(zhì)劑1.0wt%、余量是銅的比例稱重后在中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:加入預(yù)熱過的電解銅、鋅錠、鋁錠，待材料全部熔化后，升溫至1250°C采用沖入法加入復(fù)合稀土變質(zhì)劑,熔煉后澆注成直徑為Φ80Χ150πιπι的鑄錠。退火處理是加熱到850°C保溫24小時后隨爐冷卻，然后去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在850°C保溫半小時后鍛打成Φ 55 X 60mm的棒材。最后進(jìn)行熱處理，其具體工藝為:850°C保溫30分鐘后，從保溫爐中取出在大氣環(huán)境冷卻。將棒材加工成國家標(biāo)準(zhǔn)試棒，室溫拉伸力學(xué)性能測試在WE-10型液壓式拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。再在棒材上取樣，通過線切割加工出滾動磨損試樣，滾動磨損試樣為圓環(huán)狀，具體尺寸:外徑Φ50 mm，內(nèi)孔Φ16 mm，環(huán)厚度8mm。對磨件尺寸同上，材質(zhì)為45#鋼，硬度50 - 54HRC。滾動磨損是在國產(chǎn)MM-2000型銷盤式試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。磨損量以試樣磨損前后的質(zhì)量差來衡量，稱量采用MAllO電子分析天平,精度為0.0OOlg0堿性介質(zhì)為自配的Na (OH)稀溶液(PH=9.0和11.0)，滴速為20滴每分鐘。各試樣開始試驗(yàn)前，先進(jìn)行30min的預(yù)跑合，跑合完畢后測定原始重量，然后加載至預(yù)定的載荷進(jìn)行預(yù)定時間的磨損試驗(yàn)。滾動磨損試驗(yàn)結(jié)束后，將試樣用丙酮超聲清洗30min，再測定試樣的重量，并計(jì)算出試樣的磨損量(磨損失重)。每次測試前試樣和對磨件都要用丙酮清洗，每次測試后下一次測試前要將對磨件用砂紙磨到1200號，防止下一次測試時對磨件的表面粗糙度發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)中，鋼環(huán)轉(zhuǎn)速200r/min，銅環(huán)轉(zhuǎn)速180r/min，相對滑動速度0.05236m/s。此時，銅鋅鋁形狀記憶合金的抗拉強(qiáng)度為528MPa，伸長率達(dá)到7.5%，硬度為176HB，標(biāo)記為3號試樣，滾動磨損性能見圖1和圖2。
【權(quán)利要求】
1.一種提高在堿性介質(zhì)下滾動磨損性能的銅鋅鋁記憶合金，其特征為:以電解銅、鋅錠O號、工業(yè)鋁錠AOO號、復(fù)合稀土變質(zhì)劑，其中Ce 10?15wt%、La 8?12 wt%,Nd 8?12wt% >Sc6 ?9wt%、Lu6 ?9 wt% > Ni 4 ?8wt%、Y + Pr + Tb + Eu + Gd + Ho + Er +Tm 為 10 ?20wt%，V 2 ?5wt%，Zr 2 ?5wt%，余為銅，為原料；成分按 Ζη24.5-26 wt%、A13.5-4 wt%、復(fù)合稀土變質(zhì)劑0.2-1.0wt%、余量是銅的比例稱重后在中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉；熔煉工藝為:加入預(yù)熱過的電解銅、鋅錠、鋁錠，待材料全部熔化后，升溫至1250°C采用沖入法加入復(fù)合稀土變質(zhì)劑,熔煉后澆注成直徑為Φ 80 X 150mm的鑄錠；退火處理是加熱到850°C保溫24小時后隨爐冷卻，然后去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在850°C保溫半小時后鍛打成Φ 55 X 60mm的棒材；最后進(jìn)行熱處理，其具體工藝為:850°C保溫30分鐘后，從保溫爐中取出在大氣環(huán)境冷卻；將棒材加工成國家標(biāo)準(zhǔn)試棒，室溫拉伸力學(xué)性能測試在WE-10型液壓式拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行；再在棒材上取樣，通過線切割加工出滾動磨損試樣，滾動磨損試樣為圓環(huán)狀，具體尺寸:外徑Φ50 mm，內(nèi)孔Φ16 mm，環(huán)厚度8mm ;對磨件尺寸同上，材質(zhì)為45#鋼，硬度50 - 54HRC ;滾動磨損是在國產(chǎn)MM-2000型銷盤式試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行；磨損量以試樣磨損前后的質(zhì)量差來衡量，稱量采用MAllO電子分析天平,精度為0.0OOlg ；酸性介質(zhì)為自配的Na (OH)稀溶液PH=9.0和11.0，滴速為20滴每分鐘；各試樣開始試驗(yàn)前，先進(jìn)行30min的預(yù)跑合，跑合完畢后測定原始重量，然后加載至預(yù)定的載荷進(jìn)行預(yù)定時間的磨損試驗(yàn)；滾動磨損試驗(yàn)結(jié)束后，將試樣用丙酮超聲清洗30min，再測定試樣的重量，并計(jì)算出試樣的磨損量；每次測試前試樣和對磨件都要用丙酮清洗，每次測試后下一次測試前要將對磨件用砂紙磨到1200號，防止下一次測試時對磨件的表面粗糙度發(fā)生變化；實(shí)驗(yàn)中，鋼環(huán)轉(zhuǎn)速200r/min，銅環(huán)轉(zhuǎn)速180r/min，相對滑動速度0.05236m/s。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種提高在堿性介質(zhì)下滾動磨損性能的銅鋅鋁記憶合金，成分為Zn25.25wt%、A13.75 wt %、復(fù)合稀土變質(zhì)劑0.8 wt %、余量是銅的比例熔煉制備的銅鋅鋁形狀記憶合金的抗拉強(qiáng)度為540MPa，伸長率達(dá)到7.6%，硬度為192HB，滾動磨損性能表現(xiàn)優(yōu)異。
【文檔編號】C22C30/06GK104233038SQ201310228175
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月8日
【發(fā)明者】齊克堯, 司松海, 李曉薇, 劉光磊, 張志敏 申請人:鎮(zhèn)江憶諾唯記憶合金有限公司