本發(fā)明涉及合金材料領(lǐng)域，尤其涉及一種用于高速鐵路機(jī)車(chē)的碳化硅銻錫鋅銅復(fù)合材料及制備方法。
背景技術(shù)：
高速鐵路機(jī)車(chē)主要是以錫青銅為原料，錫青銅是鑄造收縮率最小的有色金屬合金，用來(lái)生產(chǎn)形狀復(fù)雜、輪廓清晰、氣密性要求不高的鑄件，錫青銅在大氣、海水、淡水和蒸汽中十分耐蝕，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)耐磨軸瓦、軸套、法蘭及齒輪等方面，尤其是用于高速鐵路裝備。為了提升錫青銅合金棒的易切削性能，往往在棒料中添加鉛元素，加鉛后的錫青銅合金棒具有高的耐磨性并易切削加工，被廣泛使用。然而，含鉛的錫青銅合金棒會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響，隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高，含鉛元素的青銅合金棒已不能滿足國(guó)內(nèi)外高端市場(chǎng)的要求，尤其不能滿足我國(guó)快速發(fā)展的高速鐵路機(jī)車(chē)零部件的要求。另外，隨著工業(yè)的發(fā)展，錫青銅的合金硬度需進(jìn)一步提高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種既具有環(huán)保性能，又能在較大程度上提高硬度的高鐵機(jī)車(chē)用碳化硅銻錫鋅銅復(fù)合材料。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
一種用于高鐵機(jī)車(chē)的碳化硅銻錫鋅銅復(fù)合材料，包含如下按質(zhì)量百分比計(jì)的組分:粒徑大于100微米而小于200微米的碳化硅：1～2％，銻：0.5～1％，錫：3～4.5％，鋅：4～5.5％,電解銅：余量。
進(jìn)一步，包含如下按質(zhì)量百分比計(jì)的組分：粒徑大于100微米而小于200微米的碳化硅：1.5％，銻：0.6％，錫：4％，鋅：5％,電解銅：余量。
進(jìn)一步，包含如下按質(zhì)量百分比計(jì)的組分：粒徑大于100微米而小于200微米的碳化硅：1.2％，銻：0.8％，錫：3.5％，鋅：4.5％,電解銅：余量。
進(jìn)一步，包含如下按質(zhì)量百分比計(jì)的組分：粒徑大于100微米而小于200微米的碳化硅：1.8％，銻：0.9％，錫：4.3％，鋅：5.3％,電解銅：余量。
本發(fā)明還提供一種制備用于高鐵機(jī)車(chē)的碳化硅銻錫鋅銅復(fù)合材料的方法，其特征在于：包含如下步驟：
1)、按照配比將銻、錫﹑鋅、電解銅置于中頻電爐內(nèi)，加熱至1100度～1200度，熔煉時(shí)間為2～2.5小時(shí)；同時(shí)用耐高溫石墨棒將完全熔化的合金液體充分?jǐn)嚢瑁辖鹜耆刍蟊刂?080度，保溫靜置時(shí)間為20～25分鐘；
2)、將篩選完成后的粒徑大于100微米而小于200微米的碳化硅顆粒添加到保溫完成的合金溶液當(dāng)中，并開(kāi)啟攪拌裝置，攪拌速率為350～400轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間為25～30分鐘；
3)、在攪拌完成的溶液上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉以防止其氧化，并繼續(xù)保溫；
4)、保溫時(shí)間10～15分鐘后，重新升溫至1200度，并開(kāi)啟中頻電爐的振動(dòng)裝置，用水平連鑄方法鑄造成直徑15～200毫米,長(zhǎng)度為2000毫米的實(shí)心合金棒材；
5)、完成的合金棒材采用連續(xù)式退火爐進(jìn)行降溫退火，退火時(shí)間為30～40分鐘；
6)、將退火好的合金棒在常溫下冷卻10～15分鐘后，放入鹽水中進(jìn)行進(jìn)一步冷卻，使其硬度進(jìn)一步提升；
7)、按照相應(yīng)需求，采用高精度車(chē)床對(duì)完成冷卻的合金棒進(jìn)行表面處理，直徑公差為+/-0.03毫米,長(zhǎng)度定尺為1000毫米,公差為+1/-0毫米；
8)、包裝并入庫(kù)。
進(jìn)一步，所述步驟3)中，石墨粉的覆蓋厚度為10～15厘米。
進(jìn)一步，所述步驟4)中，振動(dòng)的頻率為2次/秒。
進(jìn)一步，所述步驟5)中，退火的溫度為200～250度。
進(jìn)一步，所述步驟6)中，鹽水的濃度為5％。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果為：碳化硅銻錫鋅銅的復(fù)合材料具有純度高、粒徑小、分布均勻、比表面積大、表面活性高、松裝密度低、具有極好的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能，即具有高硬度、高耐磨性和良好的自潤(rùn)滑、高熱傳導(dǎo)率、低熱膨脹系數(shù)及高溫強(qiáng)度大等特點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
實(shí)施例1
一種用于高速鐵路機(jī)車(chē)的碳化硅銻錫鋅銅的復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
1)、按照銻:0.6％，錫:4％，鋅:5％,電解銅:余量的質(zhì)量百分比，配置原料，并置于中頻電爐內(nèi)，加熱至1100度～1200度，熔煉時(shí)間為2～2.5小時(shí)；同時(shí)用耐高溫石墨棒將完全熔化的合金液體充分?jǐn)嚢?，合金完全熔化后保溫?080度，保溫靜置時(shí)間為20～25分鐘。
2)、將篩選完成后的粒徑大于100微米而小于200微米的碳化硅顆粒：1.5％，以質(zhì)量百分比計(jì)，添加到保溫完成的合金溶液當(dāng)中，并開(kāi)啟攪拌裝置，攪拌速率為350～400轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間為25～30分鐘。
3)、在攪拌完成的溶液上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉以防止其氧化，厚度約為10～15厘米，并繼續(xù)保溫。
4)、保溫時(shí)間10～15分鐘后，重新升溫至1200度，并開(kāi)啟中頻電爐的振動(dòng)裝置，振動(dòng)頻率為2次/秒，用水平連鑄方法鑄造成直徑15～200毫米,長(zhǎng)度為2000毫米的實(shí)心合金棒材。
5)、完成的合金棒材采用連續(xù)式退火爐進(jìn)行200～250度的降溫退火，退火時(shí)間為30～40分鐘。
6)、將退火好的合金棒在常溫下冷卻10～15分鐘后，放入濃度為5％的鹽水中進(jìn)行進(jìn)一步冷卻，使其硬度進(jìn)一步提升。
7)、按照相應(yīng)需求，采用高精度車(chē)床對(duì)完成冷卻的合金棒進(jìn)行表面處理，直徑公差為+/-0.03毫米,長(zhǎng)度定尺為1000毫米,公差為+1/-0毫米。
8)、包裝并入庫(kù)。
實(shí)施例2
實(shí)施例2與實(shí)施例1僅僅在原料配比方面是不同的，其他方面是相同的。因此，以下將僅就不同之處進(jìn)行說(shuō)明。
本實(shí)施例2不同于實(shí)施例1之處僅在于：步驟1)中按照銻：0.8％，錫：3.5％，鋅：4.5％,電解銅：余量的質(zhì)量百分比，配置原料，并將其置于中頻電爐內(nèi)。
步驟2)中將篩選完成后的粒徑大于100微米而小于200微米的碳化硅：1.2％，以質(zhì)量百分比計(jì)，添加到保溫完成的合金溶液當(dāng)中。
實(shí)施例3
實(shí)施例3與實(shí)施例1僅僅在原料配比方面是不同的，其他方面是相同的。因此，以下將僅就不同之處進(jìn)行說(shuō)明。
本實(shí)施例3不同于實(shí)施例2之處僅在于：步驟1)中按照：銻：0.9％，錫：4.3％，鋅：5.3％,電解銅：余量的質(zhì)量百分比，配置原料，并將其置于中頻電爐內(nèi)。
步驟2)中將篩選完成后的粒徑大于100微米而小于200微米的碳化硅：1.8％，以質(zhì)量百分比計(jì)，添加到保溫完成的合金溶液當(dāng)中。
表1：本發(fā)明復(fù)合材料材料性能與傳統(tǒng)錫青銅性能對(duì)比表
基于上述實(shí)施例，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，以上所述合金棒不僅環(huán)保，其合金硬度和抗拉強(qiáng)度都得到大幅提高。如表1所示，傳統(tǒng)加鉛高錫青銅合金棒的合金硬度為70～80HBS(布氏硬度)，抗力強(qiáng)度為250兆帕，本發(fā)明碳化硅銻錫鋅銅的復(fù)合材料的合金硬度可以大幅提升至130～160HBS(布氏硬度)，抗力強(qiáng)度為390兆帕。
以上所舉實(shí)施例為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，僅用來(lái)方便說(shuō)明本發(fā)明，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，若在不脫離本發(fā)明所提技術(shù)特征的范圍內(nèi)，利用本發(fā)明所揭示技術(shù)內(nèi)容所作出局部更動(dòng)或修飾的等效實(shí)施例，并且未脫離本發(fā)明的技術(shù)特征內(nèi)容，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)特征的范圍內(nèi)。