一種提高在酸性介質下滾動磨損性能的銅鋅鋁記憶合金的制作方法
【專利摘要】一種提高在酸性介質下滾動磨損性能的銅鋅鋁形狀記憶合金，屬于銅基形狀記憶合金制備【技術領域】，其特征為：以電解銅、鋅錠0號、工業鋁錠A00號、復合稀土變質劑為原料。成分按Zn24.5～26wt%、Al3.5～4wt%、復合稀土變質劑0.2～1.2wt%、余量是銅的比例稱重后在中頻感應熔煉爐中熔煉。加入預熱過的電解銅、鋅錠，鋁錠，待材料全部熔化后，升溫至1250℃采用沖入法加入復合稀土變質劑，熔煉后澆注成直徑為φ80×150mm的鑄錠，然后對鑄錠進行退火處理和熱處理，最后對其制備的試樣進行力學性能和在酸性介質下的滾動磨損性能測試。
【專利說明】一種提高在酸性介質下滾動磨損性能的銅鋅鋁記憶合金

【技術領域】
[0001]本發明屬于銅基記憶合金制備【技術領域】，特指一種提高在酸性介質下滾動磨損性能的銅鋅鋁記憶合金。

【背景技術】
[0002]記憶合金無論在生產工藝，還是在材料及元件的應用上都在不斷的開拓和發展，迅速應用到國防、汽車、機械、能源、交通及生物學等領域。其中，銅基記憶合金是目前發現的記憶合金的主要類型。近年來的研究表明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。記憶合金具有優良的耐磨損性能是由前蘇聯學者AkceAoB于1982年提出的,但當時未引起重視。據所查的文獻來看，對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道。國內對這方面的報道不多，且不同的學者對記憶合金的耐磨機理有不同的見解。銅鋅鋁記憶合金作為銅基記憶合金中最具有實用價值的合金之一，具有生產工藝簡單，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)，其相變點可以在-100°C?300°C范圍內調節，應用前景非常廣闊。作為一種實用性材料，銅鋅鋁記憶合金倍受關注的問題是形狀記憶穩定性差，表現出記憶性能衰退現象，嚴重影響了滾動磨損性能，極大的限制了應用范圍，因此對它的研究和開發具有重大意義。
[0003]本發明開發出一種提高在酸性介質下滾動磨損性能的銅鋅鋁記憶合金。


【發明內容】

[0004]本發明開發出一種提高在酸性介質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、工業鋁錠AOO號、復合稀土變質劑(其中:Tb8?llwt%、Y 8?llwt% >Pr8 ?llwt%、Ce7 ?9wt%、Lu7 ?9 wt% >La + Sc + Nd + Eu + Gd + Er + Ho +Tm為10?20wt %、Ni 3?6wt %、V 2?4wt %，B I?4wt %，余為銅)為原料。成分按Ζη24.5?26wt%、A13.5?4 wt%、復合稀土變質劑0.2?1.2wt%、余量是銅的比例稱重后在中頻感應熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:加入預熱過的電解銅、鋅錠，鋁錠，待材料全部熔化后，升溫至1250°C采用沖入法加入復合稀土變質劑，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。最后進行熱處理，其具體工藝為:850°C保溫30分鐘后淬入室溫機油中，再放入150°C機油中保溫時效30分鐘，最后在50°C水中保溫時效15分鐘。該銅鋅鋁記憶合金材料在酸性介質下的滾動磨損性能得到顯著提聞。
[0005]將熱處理后的棒材加工成國家標準試棒，室溫拉伸力學性能測試在WE-10型液壓式拉伸實驗機上進行。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狀，具體尺寸:外徑Φ50 mm，內孔Φ16 mm，環厚度8mm。對磨件尺寸同上,材質為45#鋼，硬度50 - 54HRC。滾動磨損是在國產MM-2000型銷盤式試驗機上進行。磨損量以試樣磨損前后的質量差來衡量，稱量采用MAllO電子分析天平，精度為0.0OOlgo酸性介質為自配的稀H2SO4溶液，pH2.0-5.0，滴速為20滴每分鐘。各試樣開始試驗前，先進行30min的預跑合，跑合完畢后測定原始重量，然后加載至預定的載荷進行預定時間的磨損試驗。滾動磨損試驗結束后，將試樣用丙酮超聲清洗30min，再測定試樣的重量，并計算出試樣的磨損量(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生變化。實驗中，鋼環轉速200r/min，銅環轉速180r/min，相對滑動速度0.05236m/s。
[0006]

【專利附圖】

【附圖說明】
圖1不同預定載荷對銅鋅鋁記憶合金磨損量的影響(PH=5.0，試驗時間6小時)
圖2不同預定載荷對銅鋅鋁記憶合金磨損量的影響(PH=2.0，試驗時間6小時)
【具體實施方式】實施例1
以電解銅、鋅錠O號、工業鋁錠AOO號、復合稀土變質劑為原料。成分按Zn24.5wt%、Al3.5wt%、復合稀土變質劑0.2wt%、余量是銅的比例稱重后在中頻感應熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:加入預熱過的電解銅、鋅錠，鋁錠，待材料全部熔化后，升溫至1250°C采用沖入法加入復合稀土變質劑，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Φ55Χ60πιπι的棒材。最后進行熱處理，其具體工藝為:850°C保溫30分鐘后淬入室溫機油中，再放入150°C機油中保溫時效30分鐘，最后在50°C水中保溫時效15分鐘。將熱處理后的棒材加工成國家標準試棒，室溫拉伸力學性能測試在WE-10型液壓式拉伸實驗機上進行。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狀，具體尺寸:外徑Φ50 mm,內孔Φ16 mm,環厚度8mm。對磨件尺寸同上，材質為45#鋼，硬度50 —54HRC。滾動磨損是在國產MM-2000型銷盤式試驗機上進行。磨損量以試樣磨損前后的質量差來衡量，稱量采用MAllO電子分析天平，精度為0.0OOlgo酸性介質為自配的稀H2SO4溶液，pH2.0-5.0，滴速為20滴每分鐘。各試樣開始試驗前，先進行30min的預跑合，跑合完畢后測定原始重量，然后加載至預定的載荷進行預定時間的磨損試驗。滾動磨損試驗結束后，將試樣用丙酮超聲清洗30min，再測定試樣的重量，并計算出試樣的磨損量(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生變化。實驗中，鋼環轉速200r/min，銅環轉速180r/min，相對滑動速度0.05236m/s。此時，銅鋅鋁記憶合金的抗拉強度為520MPa，伸長率達到7.3%，硬度為166HB，標記為I號試樣，滾動磨損性能見圖1和圖2。
[0007]實施例2
以電解銅、鋅錠O號、工業鋁錠AOO號、復合稀土變質劑為原料。成分按按Zn25.35%、A13.75%、復合稀土變質劑0.8%、余量是銅的比例稱重后在中頻感應熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:加入預熱過的電解銅、鋅錠，鋁錠，待材料全部熔化后，升溫至1250°C采用沖入法加入復合稀土變質劑，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。最后進行熱處理，其具體工藝為:850°C保溫30分鐘后淬入室溫機油中，再放入150°C機油中保溫時效30分鐘，最后在50°C水中保溫時效15分鐘。將熱處理后的棒材加工成國家標準試棒，室溫拉伸力學性能測試在WE-1O型液壓式拉伸實驗機上進行。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狀，具體尺寸:夕卜徑Φ50 mm,內孔Φ16 mm,環厚度8mm。對磨件尺寸同上，材質為45#鋼，硬度50—54HRC。滾動磨損是在國產MM-2000型銷盤式試驗機上進行。磨損量以試樣磨損前后的質量差來衡量，稱量采用MAllO電子分析天平，精度為0.0OOlgo酸性介質為自配的稀H2SO4溶液，pH2.0-5.0，滴速為20滴每分鐘。各試樣開始試驗前，先進行30min的預跑合，跑合完畢后測定原始重量，然后加載至預定的載荷進行預定時間的磨損試驗。滾動磨損試驗結束后，將試樣用丙酮超聲清洗30min，再測定試樣的重量，并計算出試樣的磨損量(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生變化。實驗中，鋼環轉速200r/min，銅環轉速180r/min，相對滑動速度0.05236m/s。此時，銅鋅鋁記憶合金的抗拉強度為540MPa，伸長率達到7.6%，硬度為192HB，標記為2號試樣，滾動磨損性能見圖1和圖2。
[0008] 實施例3
以電解銅、鋅錠O號、工業鋁錠AOO號、復合稀土變質劑為原料。成分按按Zn26%、A14%、復合稀土變質劑1.2%、余量是銅的比例稱重后在中頻感應熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:力口入預熱過的電解銅、鋅錠，鋁錠，待材料全部熔化后，升溫至1250°C采用沖入法加入復合稀土變質劑，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。最后進行熱處理，其具體工藝為:850°C保溫30分鐘后淬入室溫機油中，再放入150°C機油中保溫時效30分鐘，最后在50°C水中保溫時效15分鐘。將熱處理后的棒材加工成國家標準試棒，室溫拉伸力學性能測試在WE-10型液壓式拉伸實驗機上進行。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狀,具體尺寸:夕卜徑Φ50 mm,內孔Φ16 mm,環厚度8mm。對磨件尺寸同上，材質為45#鋼，硬度50—54HRC。滾動磨損是在國產MM-2000型銷盤式試驗機上進行。磨損量以試樣磨損前后的質量差來衡量，稱量采用MAllO電子分析天平，精度為0.0OOlgo酸性介質為自配的稀H2SO4溶液，pH2.0-5.0，滴速為20滴每分鐘。各試樣開始試驗前，先進行30min的預跑合，跑合完畢后測定原始重量，然后加載至預定的載荷進行預定時間的磨損試驗。滾動磨損試驗結束后，將試樣用丙酮超聲清洗30min，再測定試樣的重量，并計算出試樣的磨損量(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生變化。實驗中，鋼環轉速200r/min，銅環轉速180r/min，相對滑動速度0.05236m/s。此時，銅鋅鋁記憶合金的抗拉強度為528MPa，伸長率達到7.5%，硬度為176HB，標記為3號試樣，滾動磨損性能見圖1和圖2。
【權利要求】
1.一種提高在酸性介質下滾動磨損性能的銅鋅鋁形狀記憶合金，其特征為:以電解銅、鋅錠O號、工業鋁錠AOO號、復合稀土變質劑，其中:Tb8?llwt%、Y 8?llwt%、Pr8?I Iwt %、Ce7 ?9wt %、Lu7 ?9 wt %、La + Sc + Nd + Eu + Gd + Er + Ho + Tm 為 10 ?20wt %、Ni 3?6wt %、V 2?4wt %，B I?4wt %，余為銅，為原料；成分按Ζη24.5?26wt%、A13.5?4 wt%、復合稀土變質劑0.2?1.2wt%、余量是銅的比例稱重后在中頻感應熔煉爐中熔煉；熔煉工藝為:加入預熱過的電解銅、鋅錠，鋁錠，待材料全部熔化后，升溫至1250°C采用沖入法加入復合稀土變質劑，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Φ55Χ60πιπι的棒材；最后進行熱處理，其具體工藝為:850°C保溫30分鐘后淬入室溫機油中，再放入150°C機油中保溫時效30分鐘，最后在50°C水中保溫時效15分鐘；將熱處理后的棒材加工成國家標準試棒，室溫拉伸力學性能測試在WE-10型液壓式拉伸實驗機上進行；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狀，具體尺寸:外徑Φ50 mm，內孔Φ16 mm，環厚度8mm ;對磨件尺寸同上，材質為45#鋼，硬度50 - 54HRC ;滾動磨損是在國產MM-2000型銷盤式試驗機上進行；磨損量以試樣磨損前后的質量差來衡量，稱量采用MAllO電子分析天平，精度為0.0OOlg ;酸性介質為自配的稀H2SO4溶液，pH2.0-5.0，滴速為20滴每分鐘；各試樣開始試驗前，先進行30min的預跑合，跑合完畢后測定原始重量，然后加載至預定的載荷進行預定時間的磨損試驗；滾動磨損試驗結束后，將試樣用丙酮超聲清洗30min，再測定試樣的重量，并計算出試樣的磨損量；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生變化；實驗中，鋼環轉速200r/min,銅環轉速180r/min,相對滑動速度0.05236m/s。
2.根據權利要求1所述一種提高在酸性介質下滾動磨損性能的銅鋅鋁形狀記憶合金，成分按按Zn25.35%、A13.75%、復合稀土變質劑0.8%、余量是銅的比例熔煉制備的銅鋅鋁記憶合金的抗拉強度為540MPa，伸長率達到7.6%，硬度為192HB，在酸性介質條件下滾動磨損性能表現優異。
3.根據權利要求1所述一種提高在酸性介質下滾動磨損性能的銅鋅鋁形狀記憶合金，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；最后進行熱處理，其具體工藝為:850°C保溫30分鐘后淬入室溫機油中，再放入150°C機油中保溫時效30分鐘，最后在50°C水中保溫時效15分鐘；此時,在酸性介質條件下銅鋅鋁形狀記憶合金滾動磨損性能表現優異。
【文檔編號】C22C9/04GK104372198SQ201310358456
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年8月16日 優先權日:2013年8月16日
【發明者】劉光磊, 李曉薇, 司松海, 楊嵩, 白高鵬 申請人:鎮江憶諾唯記憶合金有限公司