專利名稱：一種耐磨減摩銅合金復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐磨減摩銅合金復(fù)合材料及其制備方法，屬于金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前金屬材料領(lǐng)域中，銅合金的耐磨和減摩性能受到了越來越多的重視。中國 專利CN200710158225.X中公開了一種耐磨性好的銅基多元合金，有銅、鋅、鋁、鎂、硅、鎳、 鉻、鈮和鈰組成，各組份的含量分別為鋅25-30 %，鋁3-5 %，鎂0. 25-0. 5 %，硅2-3 %， 鎳0. 5-2 %，鉻4-6 %，鈮0. 08-0. 12 %，鈰0. 05-0. 15 %，其余為銅的含量。中國專利 CN200810243568. 0涉及黃銅合金冶煉技術(shù)，尤其涉及一種高強耐磨黃銅的冶煉技術(shù)，該發(fā) 明的制備方法具有以下步驟a.前期準(zhǔn)備烘烤金屬表面；b.金屬熔煉在剛玉坩堝中依 次加入錳、鈷和鐵，熔化后向熔液中投加銅、鋅和鋁，熔煉取樣分析出爐得到高強耐磨黃銅， 黃銅中加入有鈷，其中銅的質(zhì)量含量58 65%，鐵的質(zhì)量含量2 8%，鋅的質(zhì)量含量20 26%，錳的質(zhì)量含量2 6%，鋁的質(zhì)量含量3 9%，鈷的質(zhì)量含量為0. 03%，能解決現(xiàn) 有的黃銅合金不能滿足作為軸承部件要求的問題，硬度能到達(dá)235HB以上，抗拉強度等與 780MPa，屈服強度大于680MPa，延伸率在12%以上。上述技術(shù)中由于使用了鈷、鈮等稀貴元 素，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高。中國專利CN200910058578. 1提供了一種銅合金耐磨材料及其制備方法。該 發(fā)明的銅合金耐磨材料，含有如下重量比的成分Cu 54% -57%, Al 3% -5%, Mn 3. 5% -5. 5%, Si 0.5%-1.3%、Fe 0. 7%-1. 5%、雜質(zhì)不大于 1 %、Zn 余量。該技術(shù)雖然 選用普通合金元素，成本低，但力學(xué)性能性能相對降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種耐磨減摩銅合金復(fù)合材料及 其制備方法。本發(fā)明的耐磨減摩銅合金復(fù)合材料，按照重量百分比包括下列成分Zn 5% 9%, Pb 0.5% 0.9%，Sb 5% 9%，Si 2% 5%，Sn 3% 9%，Dy 0.05% 0.5%， Nd 0. 005% 0. 02%，其余為 Cu。優(yōu)選地，本發(fā)明的耐磨減摩銅合金復(fù)合材料，按照重量百分比包括下列成分Zn 6%, Pb 0. 6%, Sb 8%, Si 4%, Sn 4%, Dy 0. 09%, Nd 0. 009%，其余為 Cu。本發(fā)明合金各成分及其成分的含量的選擇基于下列理由Zn 含量為5% 9%，Zn和Si、Sn、Cu形成Cu-Si-Sn-Zn硬質(zhì)復(fù)雜化合物，起耐磨 和抵抗配副的破壞作用；Zn含量低于5%，達(dá)不到效果；Cu-Si-Sn-Zn硬質(zhì)復(fù)雜化合物是脆 性化合物，Zn含量高于9%，Cu-Si-Sn-Zn硬質(zhì)復(fù)雜化合物增多，會降低合金的塑性和抗拉 強度；Pb 含量為0. 5% 0. 9%，Pb難于固溶于銅，因此微量的Pb在銅合金中以單質(zhì)鉛 粒出現(xiàn)，Pb是固相減摩劑，該相具有很好的減摩作用。Pb含量低于0.5%，達(dá)不到效果；Pb含量高于0. 9%, Pb過量，所占體積多，由于鉛本身強度低，因此削弱了材料的抗拉強度。Sb:含量為5% 9%;Sb和Cu形成六方結(jié)構(gòu)的δ相，該相具有良好的減摩作用。 Sb含量低于5%，達(dá)不到效果；Sb含量高于9%，Sb增多，δ相在晶界上形成網(wǎng)狀，降低材 料的韌性。Si 含量為2% 5%;Si和Cu、Sn、Zn形成Cu-Si-Sn-Zn硬質(zhì)復(fù)雜化合物，起耐磨 和抵抗配副的破壞作用；Si含量低于2%，達(dá)不到效果；Cu-Si-Sn-Zn硬質(zhì)復(fù)雜化合物是脆 性化合物，Si含量高于5%，Cu-Si-Sn-Zn硬質(zhì)復(fù)雜化合物增多，會降低合金的塑性和抗拉 強度；Sn 含量為3% 9%，Sn、Cu、Si和Zn形成Cu-Si-Sn-Zn硬質(zhì)復(fù)雜化合物，起耐磨 和抵抗配副的破壞作用；Sn含量低于3%，達(dá)不到效果；Cu-Si-Sn-Zn硬質(zhì)復(fù)雜化合物是脆 性化合物，Sn含量高于9%，Cu-Si-Sn-Zn硬質(zhì)復(fù)雜化合物增多，會降低合金的塑性和抗拉 強度；Dy 含量為0. 05% 0. 5% ；Dy和Nd共同作用可細(xì)化復(fù)雜化合物顆粒，Dy有圓整 復(fù)雜化合物顆粒的作用。Dy含量低于0.05%，達(dá)不到效果；Dy含量高于0. 5 %，由于Dy為 稀土元素，過多使用，不僅提高材料成本，也會形成一些過量化合物，降低材料的力學(xué)性能。Nd 含量為0. 005% 0. 02% ；Nd和Dy共同作用可細(xì)化復(fù)雜化合物顆粒，Nd含量 低于0. 005 %，達(dá)不到效果；Nd含量高于0. 02 %，由于Nd為稀土元素，過多使用，不僅提高 材料成本，也會形成一些過量化合物，降低材料的力學(xué)性能。所以，該耐磨減摩銅合金復(fù)合材料既存在耐磨作用的顆粒，又有減摩作用的顆粒， 并且細(xì)小而分散，因此該復(fù)合材料不僅普通力學(xué)性能優(yōu)越，而且同時具有耐磨和減摩作用。本發(fā)明的耐磨減摩銅合金復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟1)準(zhǔn)備各組分的原料，其中Zn、Pb、Nd、Sn均使用純金屬錠，Si使用純硅塊，Sb,Dy 均使用純金屬顆粒，顆粒尺寸為2-5mm，Cu使用純銅板；2)將鋅錠、鉛錠、硅塊、錫錠、釹錠和銅板置于加熱容器內(nèi)，于1280-1300°C熔化成 銅合金液；3)將銻顆粒、鏑顆粒用壓勺壓入銅合金液，在1300°C保溫5-lOmin后便可澆注成 銅合金復(fù)合材料鑄錠或鑄件，即制備而成。本發(fā)明的耐磨減摩銅合金復(fù)合材料及其制備方法具有下列技術(shù)效果1、由于選用了適合的成分及其含量，各成分之間共同作用，生產(chǎn)的合金材料性能 好，具有更好的強度、硬度和耐磨減摩性能；2、合金制備工藝簡便，生產(chǎn)成本低，非常便于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明實施例1制得的輕質(zhì)耐磨減摩銅合金復(fù)合材料的金相組織。
具體實施例方式實施例1本實施例的耐磨減摩銅合金復(fù)合材料按照重量百分比包括下列成分Zn為5%， Pb 為 0. 5%，Sb 為 5%，Si 為 2%，Sn 為 3%，Dy 為 0. 05%, Nd 為 0. 005%，其余為 Cu。該耐磨減摩銅合金復(fù)合材料上帶有細(xì)小而分散的起耐磨和減摩作用的顆粒，如圖1所示，可 以看到耐磨減摩銅合金基體上分布有細(xì)小的復(fù)雜化合物。本實施例的耐磨減摩銅合金復(fù)合材料的制備，包括下列步驟1)準(zhǔn)備各組分的原料，其中Zn、Pb、Nd、Sn均使用純金屬錠，Si使用純硅塊，Sb,Dy 均使用純金屬顆粒，顆粒尺寸為2-5mm，Cu使用純銅板；2)將鋅錠、鉛錠、硅塊、錫錠、釹錠和銅板置于加熱容器內(nèi)，于1280-1300°C熔化成 銅合金液；3)將銻顆粒、鏑顆粒用壓勺壓入銅合金液，在1300°C保溫5-lOmin后便可澆注成 銅合金復(fù)合材料鑄錠或鑄件，即制備而成。實施例2本實施例的耐磨減摩銅合金復(fù)合材料按照重量百分比包括下列成分Zn為9%， Pb 為 0. 9%，Sb 為 9%，Si 為 5%，Sn 為 9%，Dy 為 0. 5%, Nd 為 0. 02%，其余為 Cu。該耐 磨減摩銅合金復(fù)合材料上帶有細(xì)小而分散的起耐磨和減摩作用的顆粒。制備方法參照實施 例1。實施例3本實施例的耐磨減摩銅合金復(fù)合材料按照重量百分比包括下列成分Zn為6%， Pb 為 0. 6%,Sb 為 8%，Si 為 4%，Sn 為 4%，Dy 為 0. 09%，Nd 為 0. 009%，其余為 Cu。該耐 磨減摩銅合金復(fù)合材料上帶有細(xì)小而分散的起耐磨作用的顆粒。制備方法參照實施例1。對照例1本對照例的耐磨減摩銅合金復(fù)合材料按照重量百分比包括下列成分Zn為4%， Pb 為 0. 4%，Sb 為 4%，Si 為 1. 5%，Sn 為 2. 9%，Dy 為 0. 04%，Nd 為 0. 004%，其余為 Cu。 制備方法參照實施例1。對照例2本對照例的耐磨減摩銅合金復(fù)合材料按照重量百分比包括下列成分Zn為10%， Pb 為 1%，Sb 為 10%，Si 為 6%，Sn 為 10%，Dy 為 0. 6%，Nd 為 0. 03%，其余為 Cu。實施例4比較背景技術(shù)、對照例和實施例中的耐磨減摩銅合金復(fù)合材料的抗拉強度、伸長 率、硬度和減摩系數(shù)，其結(jié)果如表1所示表1合金性能對照
η ife抗拉強度MPa伸長率硬度/HB減摩系數(shù)背景技術(shù) CN200810243568. 078012235背景技術(shù) CN200910058578. 1740-7503-594-100氺0. 1實施例1800132500. 05實施例2820132560. 045
5 從上表可以看出，實施例1-3的耐磨減摩銅合金復(fù)合材料的抗拉強度、伸長率、硬 度和減摩系數(shù)基本都要優(yōu)于對照例和背景技術(shù)，本發(fā)明的耐磨減摩銅合金復(fù)合材料具有更 好的合金性能。
權(quán)利要求
一種耐磨減摩銅合金復(fù)合材料，其特征在于，按照重量百分比包括下列成分Zn 5％～9％，Pb 0.5％～0.9％，Sb 5％～9％，Si 2％～5％，Sn 3％～9％，Dy 0.05％～0.5％，Nd 0.005％～0.02％，其余為Cu。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨減摩銅合金復(fù)合材料，其特征在于，按照重量百分比包 括下列成分Zn 6%, Pb 0. 6%, Sb 8%, Si 4%, Sn 4%, Dy 0. 09%, Nd 0. 009%，其余為 Cu。
3.一種制備耐磨減摩銅合金復(fù)合材料的方法，其特征在于，包括下列步驟1)準(zhǔn)備各組分的原料，其中Zn、Pb、Nd、Sn均使用純金屬錠，Si使用純硅塊，Sb、Dy均 使用純金屬顆粒，顆粒尺寸為2-5mm，Cu使用純銅板；2)將鋅錠、鉛錠、硅塊、錫錠、釹錠和銅板置于加熱容器內(nèi)，于1280-1300°C熔化成銅合 金液；3)將銻顆粒、鏑顆粒用壓勺壓入銅合金液，在1300°C保溫5-lOmin后便可澆注成銅合 金復(fù)合材料鑄錠或鑄件，即制備而成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種耐磨減摩銅合金復(fù)合材料，按照重量百分比包括下列成分Zn 5％～9％，Pb 0.5％～0.9％，Sb 5％～9％，Si 2％～5％，Sn 3％～9％，Dy 0.05％～0.5％，Nd 0.005％～0.02％，其余為Cu。本發(fā)明還提供了一種耐磨減摩銅合金復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的耐磨減摩銅合金復(fù)合材料及其制備方法具有下列技術(shù)效果1、由于選用了適合的成分及其含量，各成分之間共同作用，生產(chǎn)的合金材料性能好，具有更好的強度、硬度和耐磨減摩性能；2、合金制備工藝簡便，生產(chǎn)成本低，非常便于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C22C1/02GK101928857SQ201010226578
公開日2010年12月29日 申請日期2010年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月14日
發(fā)明者張祿, 王玲, 趙浩峰 申請人:南京信息工程大學(xué)