專利名稱：：鋁基軸承復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鋁基軸承復(fù)合材料，具體涉及一種無(wú)機(jī)化合物團(tuán)粒增強(qiáng)的鋁基軸承復(fù)合材料，屬于材料加工
技術(shù)領(lǐng)域：
。二
背景技術(shù)：
：當(dāng)前應(yīng)用的鋁合金的硬度和耐磨性能基本能滿足各類內(nèi)燃機(jī)、壓縮機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置等對(duì)滑動(dòng)軸承的要求，但由于軸承在工作的時(shí)候軸向壓力和徑向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力較大，鋁合金的置換周期過(guò)短，因此，要研究出一種具有較高抗疲勞強(qiáng)度且性能良好的軸承材料是軸承的重要研究方向。如一種鋁鋅合金軸瓦(內(nèi)燃機(jī)配件雜志1992年第2期第7-11頁(yè))的化學(xué)成分組成為(重量百分比):Zn:4.5-5.2、Si:1-2、Cu:0.9-1.2、Pb:0.6-1.9，其余為鋁，所制得的合金硬度為48-58HB，承載力為50N/mm2，但這種合金的表面均需電鍍一層鉛錫或鉛錫銅軟金屬，工藝難度大而復(fù)雜。又如名為滑動(dòng)軸承用鋁合金的中國(guó)專利(專利號(hào)為200610051673.5)，公開(kāi)了一種滑動(dòng)軸承用鋁合金，其化學(xué)成分組成為(重量百分比)Sn:5.0-8.0、Cu:1.5-2.5、Ni:0.6—1.9、Si:0.2—0.8、Fe:0.3—0.7、Mn:0.05—0.1、Mg:0.4—0.9、Ti:0.1-0.5、Zn:0.4-07，其余為鋁。所得合金的硬度為49-55HB，抗拉強(qiáng)度為130-137N/mm2，伸長(zhǎng)率為6-ll，強(qiáng)度大于61N/mm2。該合金僅僅強(qiáng)調(diào)了合金的基體作用，材料的抗疲勞強(qiáng)度和抗咬合能力提高受到限制。三
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種成本低而軸承性能良好的原位鋁基軸承復(fù)合材料。本發(fā)明的另一目的是提供上述鋁基軸承復(fù)合材料的制備方法，該工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)?！N鋁基軸承復(fù)合材料，其特征在于，該復(fù)合材料中的各組分的質(zhì)量百分含量為A1:70-80%、Mg:5-8%、Sn:1-2.95%、Si:2-4%、Cr:2-3%、Nd0.005-0.03%、Gd0.005-0.03%、其余為Zn。該復(fù)合材料中的鋁基上分布有細(xì)小的由Al、Si、Sn、Cr和Mg組成的團(tuán)狀化合物相。本發(fā)明鋁基軸承復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)將純Al錠、純Mg錠、純Si塊、純Sn條、純Cr粉、純Nd塊、純Gd粉、純Zn錠按復(fù)合材料中各成份的質(zhì)量百分含量進(jìn)行配料A1:70-80%、Mg:5-8%、Sn:1-2.95%、Si:2-4%、Cr:2-3%、Nd0.005-0.03%、Gd0.005-0.03%、其余為Zn;2)在坩堝底部先放入上述配料中Al錠的一半，然后依次再放入純Si塊、純Cr粉、純Mg錠、純Sn條、純Nd塊、純Gd粉、純Zn錠，最后把剩余的Al錠放入，加熱熔化；3)加熱溫度升至700-72(TC時(shí)，加入占步驟l)原料總質(zhì)量O.5_2%的復(fù)合處理劑，在72(TC時(shí)保溫5-10分鐘；其中復(fù)合處理劑的成分及其質(zhì)量比為氟化鉀氯化鈉氯化鋇氯化鈰氯化鋅=i:2:o.3:(o.3-o.5):(o.4-o.7);4)先將鋼錠模預(yù)熱至140-16(TC，再步驟3)的合金溶液澆注至鋼錠模內(nèi)，冷卻至室溫，即得到鋁基軸承復(fù)合材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明的鋁基軸承復(fù)合材料中填加的Mg、Zn、Si對(duì)Al具有固溶強(qiáng)化的作用，能提高材料的抗疲勞強(qiáng)度；2、固溶度之外的Sn和Si、Cr及Mg經(jīng)過(guò)化合而原位形成AlMgSiSnCr團(tuán)狀化合物相。Nd和Gd復(fù)合可以使AlMgSiSnCr團(tuán)狀化合物相變細(xì)小，通過(guò)復(fù)合處理劑的處理，團(tuán)狀化合物相的由不規(guī)則塊狀轉(zhuǎn)變成硬質(zhì)的團(tuán)粒狀，硬質(zhì)的團(tuán)粒狀A(yù)lMgSiSnCr可有效提高材料的抗疲勞強(qiáng)度而不會(huì)破壞材料的塑性，并且能支撐載荷、保護(hù)基體和防止基體與摩擦副粘著；3、同時(shí)復(fù)合材料中填加的Mg、Zn、Sn、Cr金屬能提高材料對(duì)潤(rùn)滑油的親油性。4、本發(fā)明采用的復(fù)合處理劑具有聚渣、隔絕空氣接觸，防止金屬氧化的作用。四圖1中本發(fā)明實(shí)施例五制備的的鋁基軸承復(fù)合材料金相組織。由圖中可見(jiàn)，白色的AlMgSiSnCr團(tuán)狀化合物相十分細(xì)小。五具體實(shí)施例方式以下各實(shí)施例中的份數(shù)均為重量份。實(shí)施例一鋁基軸承復(fù)合材料的制備1)取純Al錠、純Mg錠、純Si塊、純Cr粉、純Sn條、純Nd塊、純Gd粉、純Zn錠，按Al:70份、Mg:5份、Sn:1份、Si:2份、Cr:2份、Nd:0.005份、Gd0.005份、Zn19.99份進(jìn)行配料；2)在坩堝底部先放入上述配料中Al錠的一半，然后依次再放入純Si塊、純Cr粉、純Mg錠、純Sn條、純Nd塊、純Gd粉、純Zn錠，最后把剩余的Al錠放入，加熱熔化；3)加熱溫度升至700-72(TC時(shí)，加入2份的復(fù)合處理劑，在720°C時(shí)保溫5-10分鐘；其中復(fù)合處理劑的成分及其質(zhì)量比為氟化鉀氯化鈉氯化鋇氯化鈰氯化鋅=i:2:o.3:o.3:o.4;4)先將鋼錠模預(yù)熱至150°C，再步驟3)的合金溶液澆注至鋼錠模內(nèi)，冷卻至室溫，即得到鋁基軸承復(fù)合材料。實(shí)施例二鋁基軸承復(fù)合材料的制備1)取純Al錠、純Mg錠、純Si塊、純Cr粉、純Sn條、純Nd塊、純Gd粉、純Zn錠，按Al:80份、Mg:8份、Sn:2.95份、Si:4份、Cr:3份、Nd:0.03份、Gd:0.03份、Zn:1.99份進(jìn)行配料；2)在坩堝底部先放入上述配料中Al錠的一半，然后依次再放入純Si塊、純Cr粉、純Mg錠、純Sn條、純Nd塊、純Gd粉、純Zn錠，最后把剩余的Al錠放入，加熱熔化；3)加熱溫度升至700-72(TC時(shí)，加入1份的復(fù)合處理劑，在720°C時(shí)保溫5-10分鐘；其中復(fù)合處理劑的成分及其質(zhì)量比為氟化鉀氯化鈉氯化鋇氯化鈰氯化鋅=i:2:o.3:o.5:o.7;4)先將鋼錠模預(yù)熱至14(TC，再步驟3)的合金溶液澆注至鋼錠模內(nèi)，冷卻至室溫，即得到鋁基軸承復(fù)合材料。實(shí)施例三鋁基軸承復(fù)合材料的制備1)取純Al錠、純Mg錠、純Si塊、純Cr粉、純Sn條、純Nd塊、純Gd粉、純Zn錠，按Al:70份、Mg:8份、Sn:1份、Si:4份、Cr:2份、Nd:0.005份、Gd:0.03份、Zn:14.965份進(jìn)行配料；2)在坩堝底部先放入上述配料中Al錠的一半，然后依次再放入純Si塊、純Cr粉、純Mg錠、純Sn條、純Nd塊、純Gd粉、純Zn錠，最后把剩余的Al錠放入，加熱熔化；3)加熱溫度升至700-72(TC時(shí)，加入2份復(fù)合處理劑，在72(TC時(shí)保溫5-10分鐘；其中復(fù)合處理劑的成分及其質(zhì)量比為氟化鉀氯化鈉氯化鋇氯化鈰氯化鋅=i:2:o.3:(o.3-o.5):(o.4-o.7);4)先將鋼錠模預(yù)熱至160°C，再步驟3)的合金溶液澆注至鋼錠模內(nèi)，冷卻至室溫，即得到鋁基軸承復(fù)合材料。實(shí)施例四鋁基軸承復(fù)合材料的制備取純Al錠、純Mg錠、純Si塊、純Sn條、純Cr粉、純Nd塊、純Gd粉、純Zn錠，按Al:75份、Mg:7份、Sn:2份、Si:3份、Cr:2份、Nd0.009份、Gd:0.009份、Zn:10.982份進(jìn)行配料；其它制備過(guò)程同實(shí)施例一。實(shí)施例五鋁基軸承復(fù)合材料的制備取純Al錠、純Mg錠、純Si塊、純Sn條、純Cr粉、純Nd塊、純Gd粉、純Zn錠，按Al:80份、Mg:5份、Sn:2.95份、Si:2份、Cr:2份、Nd:0.005份、Gd:0.005份、Zn:8.04份進(jìn)行配料；其它制備過(guò)程同實(shí)施例一。制得的鋁基軸承復(fù)合材料的金相組織如圖1，由圖中可見(jiàn)，白色的AlMgSiSnCr團(tuán)狀化合物相十分細(xì)小。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)下表為不同成份的鋁基軸承復(fù)合材料的指標(biāo)參數(shù)，其中對(duì)比材料為CN200610051673.5，產(chǎn)品1-產(chǎn)品4為采用本發(fā)明技術(shù)所得到的產(chǎn)品。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>由上表可見(jiàn)，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料中加入Mg、Sn、Si、Cr、Gd等元素后，合金的硬度提高、抗拉強(qiáng)度增大，伸長(zhǎng)率不降低，產(chǎn)品性能良好。隨元素含量升高而硬度提高、抗拉強(qiáng)度增大的原因是Al、Mg和Sn、Si、Cr等形成硬質(zhì)團(tuán)狀化合物相，不僅對(duì)材料的硬度有貢獻(xiàn)，而且由于硬質(zhì)團(tuán)狀化合物相對(duì)位錯(cuò)滑移的阻礙作用使材料強(qiáng)度提高。材料塑性的改善來(lái)自稀土Gd和Nd對(duì)Al、Mg、Sn、Si、Cr等形成硬質(zhì)團(tuán)狀化合物相的細(xì)化作用，因此減小了對(duì)基體的割裂作用。Zn作為Al常用合金元素對(duì)材料起固溶強(qiáng)化的作用。過(guò)多的加入Mg、Sn、Si、Cr等元素會(huì)增大材料的脆性，反而降低材料的性能。權(quán)利要求一種鋁基軸承復(fù)合材料，其特征在于，該復(fù)合材料中的各組分的質(zhì)量百分含量為Al70-80％、Mg5-8％、Sn1-2.95％、Si2-4％、Cr2-3％、Nd0.005-0.03％、Gd0.005-0.03％、其余為Zn；該復(fù)合材料中的鋁基上分布有細(xì)小的團(tuán)狀化合物相。2.權(quán)利要求1所述鋁基軸承復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)將純Al錠、純Mg錠、純Si塊、純Sn條、純Cr粉、純Nd塊、純Gd粉、純Zn錠按復(fù)合材料中各成份的質(zhì)量百分含量進(jìn)行配料Al:70-80%、Mg:5-8%、Sn:1-2.95%、Si:2_4%、Cr:2-3%、Nd0.005-0.03%、Gd0.005-0.03%、其余為Zn;2)在坩堝底部先放入上述配料中Al錠的一半，然后依次再放入純Si塊、純Cr粉、純Mg錠、純Sn條、純Nd塊、純Gd粉、純Zn錠，最后把剩余的Al錠放入，加熱熔化；3)加熱溫度升至700-72(TC時(shí)，加入占步驟1)原料總質(zhì)量O.5_2%的復(fù)合處理劑，在72(TC時(shí)保溫5-10分鐘；其中復(fù)合處理劑的成分及其質(zhì)量比為氟化鉀氯化鈉氯化鋇氯化鈰氯化鋅=i:2:o.3:(o.3-o.5):(o.4-o.7);4)先將鋼錠模預(yù)熱至140-16(TC，再步驟3)的合金溶液澆注至鋼錠模內(nèi)，冷卻至室溫，即得到鋁基軸承復(fù)合材料。全文摘要本發(fā)明提供一種成本低而軸承性能良好的原位鋁基軸承復(fù)合材料及其制備方法，該制備方法工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。該復(fù)合材料料中的各組分的質(zhì)量百分含量為Al70-80％、Mg5-8％、Sn1-3％、Si2-4％、Cr2-3％、Nd0.005-0.03％、Gd0.005-0.03％、其余為Zn。其制備方法包括以下步驟1)配料；2)向坩堝填料，加熱熔化；3)加熱溫度升至700-720℃時(shí)，加入復(fù)合處理劑，在720℃時(shí)保溫5-10分鐘；4)先將鋼錠模預(yù)熱至140-160℃，再步驟3)的合金溶液澆注至鋼錠模內(nèi)，冷卻至室溫，即得到鋁基軸承復(fù)合材料。文檔編號(hào)C22C21/10GK101705396SQ20091026288公開(kāi)日2010年5月12日申請(qǐng)日期2009年12月14日優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日發(fā)明者王玲,趙浩峰申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)