專利名稱：一種耐磨鋅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，涉及一種耐磨鋅合金材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在金屬材料領(lǐng)域中，耐磨鋅合金作為耐磨材料一直受到普遍重視。CN98110581. 5公開了一種耐磨合金材料，一種鑄造耐磨鋅一鋁合金。該材料以鋅 為基，鋁、銅為主要合金元素，通過加入銻、鎂、鈦、硼、鑭元素進(jìn)行微量多元合金化處理和 晶粒細(xì)化、變質(zhì)處理，并采用熔體熱處理熔煉工藝，獲得了晶粒細(xì)小的軟基體上分布著硬 質(zhì)點的理想軸承合金組織，提高了合金的力學(xué)性能，改善了其摩擦磨損特性和鑄件質(zhì)量。 但該工藝較為復(fù)雜，且制備得到的耐磨合金的耐磨性能還有待進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述技術(shù)缺陷，提供一種耐磨鋅合金材料，該材料具有良 好的性能。本發(fā)明的另一目的是提供一種耐磨鋅合金材料的制備方法，該制備方法工藝簡 單，生產(chǎn)成本低，適于工業(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)的一種耐磨鋅合金材料，其特征在于該材料以鋅合金為基體，在基體中分布著由銅絲和 鐵絲形成的金屬絲團，銅絲和鐵絲直徑均為l_2mm，金屬絲團的直徑為10-15cm，材料中銅 絲與鐵絲的長度相當(dāng)，兩種金屬絲共占材料的體積百分比為10-35% ；鋅合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量A1為41-45%，Sr為0. 2% 0. 5%，Si為 4% 6%，Pb*l% 3%，F(xiàn)e*2% 4%，Y*0.5% l%，Mn*4% 6%，Ho* 0. 01% 0. 03%，其余為 Zn ；銅絲為純銅；鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量為c為0. 05-0. 09%, Si為0. 2%-0. 3%, Mn 為 0. 25-0. 35 P<0. 02%, S <0.025%,其余為 Fe。所述基體中還分布有化合物和CrSi17顆粒。一種耐磨鋅合金材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟鍍鉻銅絲及滲氮鐵絲的準(zhǔn)備分別取直徑為l_2mm、成分為純銅的銅絲；以及直徑為 l-2mm、成分重量百分含量:C 為 0. 05-0. 09%, Si 為 0. 2%-0. 3%, Mn 為 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為狗的鐵絲，銅絲與鐵絲二者的總體長度相當(dāng)，兩種金屬絲占材料的體積 百分比為10-35% ；分別按常規(guī)方法在銅絲表面鍍鉻制備鍍鉻銅絲及在鐵絲表面滲氮制備 滲氮鐵絲；銅絲表面鍍鉻層厚度為50-150微米；鐵絲表面滲氮層的厚度為100-200微米； 按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述鍍鉻銅絲及滲氮鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙絲金 屬絲團，金屬絲團直徑為10-15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔中，金屬絲團的松緊 程度由銅絲和鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿鑄型；布置完畢后，將 鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待合金液澆注；3鋅合金基體的準(zhǔn)備按重量百分含量Al為41-45%，Sr為0.2% 0.5%，Si為4% 6%，Pb 為 3%，F(xiàn)e 為 2% 4%，Y 為 0. 5% 1%，Μη 為 4% 6%，Ho 為 0. 01% ο. 03%，其余為ai進(jìn)行配料；將鋅合金基體在感應(yīng)電爐中熔化制備鋅合金液，熔化溫度為 680-710 0C ；將上述鋅合金液澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型，液態(tài)合金液將鍍鉻銅絲及滲氮鐵絲包 圍，然后冷卻凝固，得到以鋅合金為基體的其中分布有金屬絲團的耐磨材料。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有益效果如下(1)本發(fā)明材料中的銅絲及鐵絲自身具有相當(dāng)?shù)膹姸群洼^高的耐磨。鍍鉻銅絲中的的 Cr和Cu及滲氮鐵絲中的NJe進(jìn)入液態(tài)鋅中，與鋅形成&i3N2、CuZn, CrZn17, Fe3Zn10等特殊 化合物，彌散增強鋅合金；未熔的銅絲及鐵絲與鋅合金冶金結(jié)合，對鋅合金起到增強增韌的 作用。(2)Υ和Ho與Si形成化合物Hn2和SiHo，對鋅合金的組織具有顯著細(xì)化的作用， 有助于材料耐磨性能的提高。(3 )本發(fā)明材料中P、S為雜質(zhì)，控制在允許的范圍。(4)該材料的塑性、韌性和耐磨性能優(yōu)良，鑄件尺寸穩(wěn)定好，材料成本低廉，是制 造軸瓦、軸套、蝸輪等滑動摩擦件的優(yōu)良材料。(5)該合金材料成本低，制備工藝簡便，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)的合金材料性能好，而且 非常便于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的合金性能見表1。


圖1為本發(fā)明實施例一制得的金屬絲增強耐磨鋅合金材料的金相組織。圖1可以看到在鋅合金與金屬絲結(jié)合良好。
具體實施例方式以下各實施例僅用作對本發(fā)明的解釋說明，其中的重量百分比均可換成重量g、kg 或其它重量單位。各實施例中的銅絲和鐵絲均為市購，鍍鉻層和滲氮層自制。實施例一鋅合金基體成分按重量百分含量A1為41 %，Sr為0. 2%，Si為4%，1 為1 %，！^為 2%，Y為0. 5%，Mn為4%，Ho為0. 01%，其余為Si進(jìn)行配料。銅絲為純銅，其直徑為1mm。鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量C為0. 05%，Si為 0. 2%, Mn 為 0. 25%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為 Fe ；該鐵絲的直徑為 1mm。銅絲和鐵絲的總體長度相當(dāng)，兩種金屬絲共占材料的體積百分比為10%。取銅絲按照常規(guī)方法對其表面進(jìn)行鍍鉻處理制備鍍鉻銅絲，鍍鉻層厚度為50微 米。取鐵絲按照常規(guī)方法對其表面進(jìn)行滲氮處理制備滲氮鐵絲，滲氮層的厚度為100微米。 形成的滲氮鐵絲和鍍鉻銅絲二者總體長度相當(dāng)。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述鍍鉻銅絲及滲氮鐵絲各取一根絲形成球狀的混 合雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔中，金屬絲團的 松緊程度由銅絲和鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿鑄型；布置完畢后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待合金液澆注；將鋅合金基體在感應(yīng)電爐中熔化制備鋅合金液，熔化溫度為695-700°C ； 將上述鋅合金液澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型，液態(tài)合金液將鍍鉻銅絲及滲氮鐵絲包 圍，然后冷卻凝固，得到以鋅合金為基體的其中分布有金屬絲團的耐磨材料。實施例二 鋅合金基體成分按重量百分含量A1為45%，Sr為0. 5%，Si為6%, 為3%，！^為 4%，Y為1%，Μη為6% ,Ho為0. 03%，其余為Si進(jìn)行配料。銅絲為純銅，其直徑為2mm。鐵絲的成分為C 為 0. 09%, Si 為 0. 3%, Mn 為 0. 35%, Ρ<0· 02%, S<0. 025%,其余為 Fe ；該鐵絲的直徑為2mm。銅絲和鐵絲的總體長度相當(dāng)，兩種金屬絲共占材料的體積百分比為35%。取銅絲按照常規(guī)方法對其表面進(jìn)行鍍鉻處理制備鍍鉻銅絲，鍍鉻層厚度為150微 米。取鐵絲按照常規(guī)方法對其表面進(jìn)行滲氮處理制備滲氮鐵絲，滲氮層的厚度為200 微米。形成的滲氮鐵絲和鍍鉻銅絲二者總體長度相當(dāng)。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作帶鍍層的兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團，金屬絲 團直徑為10cm。制備過程同實施例一。實施例三鋅合金基體成分按重量百分含量A1為43%，Sr為0. 3%，Si為5%, 為2%，！^為 3%，Y為0. 7%，Mn為5% ,Ho為0. 02%，其余為Si進(jìn)行配料。銅絲為純銅，其直徑為1. 5mm。鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量C為0. 07%, Si為0. 25%, Mn為0. 3%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為！^ ；該鐵絲的直徑為1. 5mm。銅絲和鐵絲的總體長度相當(dāng)，兩種金屬絲共占材料的體積百分比為25%。取銅絲對其表面進(jìn)行鍍鉻處理制備鍍鉻銅絲，鍍鉻層厚度為80微米。取鐵絲對其表面進(jìn)行滲氮處理制備滲氮鐵絲，滲氮層的厚度為150微米。形成的 滲氮鐵絲和鍍鉻銅絲二者總體長度相當(dāng)。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作帶鍍層的兩種金屬 絲混合的雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為15cm。制備過程同實施例一。對比實施例四原料配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實例鋅合金基體成分按重量百分含量A1為40%，Sr為0. 1%，Si為3%，Pb為0. 5%，！^ 為1 %，Y為0. 4%，Mn為3 %，Ho為0. 005 %，其余為Si進(jìn)行配料。銅絲為純銅，其直徑為0. 5mm。鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量C為0. 04%, Si為0. 1%, Mn為0. 2%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為Fe ；該鐵絲的直徑為0. 5mm。銅絲和鐵絲的總體長度相當(dāng)，兩種金屬絲占材料的體積百分比為5%。銅絲表面不進(jìn)行鍍鉻處理；鐵絲表面不進(jìn)行滲氮處理。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法 制作兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為15cm。
制備過程同實施例一。對比實施例五原料配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實例鋅合金基體成分按重量百分含量A1為47%，Sr為0. 6%，Si為7%，1 為4%，！^為 5%，Y為2%，Mn為7% ,Ho為0. 04%，其余為Si進(jìn)行配料。銅絲為純銅，其直徑為3mm。鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量C為0. 1%，Si為0. 4%, Mn為0. 4%, P<0. 02%, S<0. 025%,其余為！^ ；該鐵絲的直徑為3mm。銅絲和鐵絲的總體長度相當(dāng)，兩種金屬絲占材料的體積百分比為40%。取銅絲對其表面進(jìn)行鍍鉻處理制備鍍鉻銅絲，鍍鉻層厚度為160微米。取鐵絲對其表面進(jìn)行滲氮處理制備滲氮鐵絲，滲氮層的厚度為210微米。按清潔 球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作帶鍍層的兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10cm。制備過程同實施例一。表1各產(chǎn)品的性能對比
權(quán)利要求
1.一種耐磨鋅合金材料，其特征在于該材料以鋅合金為基體，在基體中分布著由銅 絲和鐵絲形成的金屬絲團，銅絲和鐵絲直徑均為l-2mm，金屬絲團的直徑為10-15cm，材料 中銅絲與鐵絲的長度相當(dāng)，兩種金屬絲共占材料的體積百分比為10-35% ；鋅合金基體的化學(xué)成分的重量百分含量A1為41-45%，Sr為0. 2% 0. 5%, Si為 4% 6%，Pb*l% 3%，F(xiàn)e*2% 4%，Y*0.5% l%，Mn*4% 6%，Ho* 0. 01% 0. 03%，其余為 Zn ；銅絲為純銅；鐵絲的化學(xué)成分的重量百分含量為c為0. 05-0. 09%, Si為0. 2%-0. 3%, Mn 為 0. 25-0. 35 P<0. 02%, S <0.025%,其余為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨鋅合金材料，其特征在于所述基體中還分布有化合物 Zn3N2 和 CrZn17 顆粒。
3.一種耐磨鋅合金材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟鍍鉻銅絲及滲氮鐵絲的準(zhǔn)備分別取直徑為l_2mm、成分為純銅的銅絲；以及直徑為 l-2mm、成分重量百分含量:C 為 0. 05-0. 09%, Si 為 0. 2%-0. 3%, Mn 為 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為狗的鐵絲，銅絲與鐵絲二者的總體長度相當(dāng)，兩種金屬絲占材料的體積 百分比為10-35% ；分別按常規(guī)方法在銅絲表面鍍鉻制備鍍鉻銅絲及在鐵絲表面滲氮制備 滲氮鐵絲；銅絲表面鍍鉻層厚度為50-150微米；鐵絲表面滲氮層的厚度為100-200微米； 按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述鍍鉻銅絲及滲氮鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙絲金 屬絲團，金屬絲團直徑為10-15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔中，金屬絲團的松緊 程度由銅絲和鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿鑄型；布置完畢后，將 鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待合金液澆注；鋅合金基體的準(zhǔn)備按重量百分含量Al為41-45%，Sr為0.2% 0.5%，Si為4% 6%，Pb 為 3%，F(xiàn)e 為 2% 4%，Y 為 0. 5% 1%，Μη 為 4% 6%，Ho 為 0. 01% ο. 03%，其余為ai進(jìn)行配料；將鋅合金基體在感應(yīng)電爐中熔化制備鋅合金液，熔化溫度為 680-710 0C ；將上述鋅合金液澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型，液態(tài)合金液將鍍鉻銅絲及滲氮鐵絲包 圍，然后冷卻凝固，得到以鋅合金為基體的其中分布有金屬絲團的耐磨材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耐磨鋅合金材料及其制備方法，該材料以鋅合金為基體，在基體中分布著由銅絲和鐵絲形成的金屬絲團，銅絲和鐵絲直徑均為1-2mm，金屬絲團的直徑為10-15cm，材料中銅絲與鐵絲的長度相當(dāng)，兩種金屬絲共占材料的體積百分比為10-35%。本發(fā)明耐磨鋅合金材料具有較高的耐磨性能，且生產(chǎn)成本低，工藝簡單。
文檔編號C22C121/02GK102051540SQ20111000744
公開日2011年5月11日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者王玲, 許晨陽, 趙浩峰 申請人:南京信息工程大學(xué)