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(qiáng)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(hào)發(fā)明申請(qǐng)中的高鋁鋅基耐磨合金，是代替錫青銅，用于機(jī)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(diǎn)，使合金的耐磨性能大大提高，并且具有較高的強(qiáng)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(dòng)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(hào)申請(qǐng)公開(kāi)了一種高強(qiáng)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(lái)實(shí)現(xiàn)普通鑄造無(wú)法達(dá)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(duì)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?yàn)橛行岣吖韬浚蟠筇岣吡撕辖鸬哪湍プ饔?。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(jiǎn)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(guò)以下技術(shù)方案實(shí)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(guò)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(jìn)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(shí)形成鋅、鋁、硅、鎂、鐵、碳合金液，此時(shí)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(shí)，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(shí)后，取出便得到耐磨鋅鋁基合金材料。上述制備過(guò)程中還加入占原料總重O.5X2X的Dy，Dy與Gd同時(shí)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(diǎn)本發(fā)明的耐磨鋅鋁基合金材料由于材料在合成過(guò)程中，鐵和鋁等反應(yīng)易形成硬質(zhì)的針狀化合物，針狀對(duì)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(zhǎng)大過(guò)程中可以干擾物相的某一擇優(yōu)生長(zhǎng)，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(tuán)聚形成團(tuán)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(shí)碳和鋁形成的細(xì)小的質(zhì)點(diǎn)，這些細(xì)小的質(zhì)點(diǎn)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(tuán)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(qiáng)度和很好的耐磨性。合金性能見(jiàn)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(jiǎn)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(shí)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(shí)施例方式本發(fā)明耐磨鋅鋁基合金材料的各制備實(shí)例如下實(shí)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(jìn)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(shí)形成鋅、鋁、硅、鎂、鐵、碳合金液，此時(shí)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(shí)，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(shí)后，取出便得到耐磨鋅鋁基合金材料。實(shí)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(jìn)行配料；其制備過(guò)程同實(shí)施例一。實(shí)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(jìn)行配料；其制備過(guò)程同實(shí)施例一。實(shí)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(jìn)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(shí)形成鋅、鋁、硅、鎂、鐵、碳合金液，此時(shí)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(shí)，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(shí)后，取出便得到所需耐磨鋅鋁基合金材料。實(shí)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(jìn)行配料；其制備過(guò)程同實(shí)施例四。實(shí)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(jìn)行配料；其制備過(guò)程同實(shí)施例四。實(shí)施例七(原料成份不合要求的實(shí)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(jìn)行配料；其制備過(guò)程同實(shí)施例四。實(shí)施例八(原料成份不合要求的實(shí)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(jìn)行配料；其制備過(guò)程同實(shí)施例四。由實(shí)施例七、八可見(jiàn)，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(shí)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(jìn)行配料；其制備過(guò)程同實(shí)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(duì)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(duì)比。表1:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>由上表可見(jiàn)，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(guò)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(guò)多的Gd和Dy會(huì)導(dǎo)致稀土化合物過(guò)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(guò)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(jìn)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(shí)形成鋅、鋁、硅、鎂、鐵、碳合金液，此時(shí)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(shí)，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(shí)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(guò)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(shí)用鐘罩壓入合金液中。全文摘要本發(fā)明針對(duì)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?yàn)橛行岣吖韬?，大大提高了合金的耐磨作用。該方法制備工藝?jiǎn)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(hào)C22C18/04GK101781725SQ20101011247公開(kāi)日2010年7月21日申請(qǐng)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(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)