CN101967584B

CN101967584B - 一种耐磨耐蚀锌铝合金材料的制备方法

Info

Publication number: CN101967584B
Application number: CN201010556309A
Authority: CN
Inventors: 曲迎东; 刘敬福; 李荣德; 白彦华; 马广辉
Original assignee: Shenyang University of Technology
Current assignee: Zhenjiang, Yinhai, Greenway Technology Materials Co
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2030-11-24
Also published as: CN101967584A

Abstract

一种耐磨耐蚀锌铝合金材料，成分及重量百分比为：Al27%-43.5%，Cu1.5%-2.5%；Mn0.2%-1.0%，Ni0.1%-0.9%，余量为Zn和不可避免的杂质。制备方法包括：装有铝锭、铝铜中间合金、铝锰中间合金和铝镍中间合金的坩埚放入电阻炉，熔化后降温，放入锌锭，保温、扒渣、加覆盖剂、除杂，得金属液；用电磁搅拌设备进行制坯。本发明铸造耐磨耐蚀锌铝合金材料具有较高的强度、耐磨性和耐蚀性。耐磨耐蚀锌铝合金可用于柴油机主轴套和履带式推土机、装载机、挖掘机行走机构的支重轮、引导轴的轴套等。可以预见，随着锌铝合金材料的性能提高和潜在市场逐渐被开发，其社会应用前景必将十分广阔。

Description

一种耐磨耐蚀锌铝合金材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种铸造耐磨耐蚀锌铝合金及其制备方法，属于新型锌基轴承及轴套材料领域。

背景技术

锌铝合金熔点低、机械性能好，因而在工业中得到了广泛的应用。用该合金体系制造的铸件主要用在五个方面：一是构件类，如用于造纸机械、纺织机械、制砖机械、筑路机械、冶金机械、起重机械、印刷机械、塑料机械及矿山机械等的配件；二是轴瓦、轴承、滑板及滑块等；三是汽车、拖拉机配件；四是模具类，如铸塑模、吹塑模、压型模、冲载模；五是装饰工艺品。另外它具有良好的切削加工性能及良好表面精整性能。它还具有好的压密性和可镀性，可进行电镀和阳极极化处理。锌铝合金结晶温度区间大，常规铸造宏观偏析严重，初生树枝晶间存在低熔点共晶区。温度升高，其强度、硬度急剧下降，超过150℃后，抗拉强度低于铝合金和铜合金，这严重限制其在高温环境中应用。锌合金制成具体制件往往在复杂的工况下使用。以轴承为例，可能在交变负荷下工作，特殊用途轴承正向高转速、高负荷、低噪声等方向发展。延长轴承使用寿命,必须在选择材料方面采取措施,使其能承受复杂应力以及耐磨和耐腐蚀能力,以满足恶劣的使用条件。

电磁搅拌技术应用于冶金过程已经经历了很长的时间。在20 世纪30年代初期，瑞典人德雷富斯就发现用移动磁场可以在熔融的金属中产生足够大的搅拌力，并能达到较满意的搅拌效果。1961年朗金贝格研究发现：在交变电磁场中凝固，钢锭的晶粒可以被细化。这一研究结果促使泡普迈尔等人将电磁搅拌应用到钢锭的连铸生产中。在电磁力的作用下，加速了凝固重金属液的流动，可以改善氧化物、硫化物的分布，消弱柱状晶并细化晶粒，提高铸锭的内在质量，还可以提高铸锭的表面质量，因此，电磁搅拌技术现已广泛应用于黑色金属的连铸生产中。在金属半固态成形技术中，半固态金属浆料或坯料的制备是该成形技术的基础，世界各国对此投入大量的人力和物力进行研究。在目前所发明的半固态金属浆料或坯料的制备方法中，电磁搅拌制备方法是最成功的一种方法。

近年来，电磁搅拌技术的发展和应用，使材料的力学性能发生了突破性改变。目前，具有实用化前景的电磁搅拌快速凝固技术己日趋成熟。这为大幅度提高锌铝合金的高温强度提供了一种崭新的技术手段。以电磁搅拌锌铝合金做耐磨件为例，采用电磁搅拌工艺生产的ZA27合金具有非常细小的显微组织，具有与传统铸造ZA27合金相比更高的力学性能和耐磨性能。电磁搅拌ZA27合金作为滑动轴承的综合成本比传统铸造ZA27合金提高110%，略低于传统铸造巴氏合金，但其使用寿命却比传统铸造ZA27合金提高150%以上，比传统巴氏合金提高近180%，有利于企业减少设备维修及零部件更换时间，提高生产效率，同时降低总的设备零部件采购资金消耗，可形成最佳的性价比，其经济效益将十分可观。

发明内容

本发明涉及一种铸造耐磨耐蚀锌铝合金及其制备方法，将ZA系锌铝合金复合合金化和电磁搅拌技术结合，旨在改进锌铝合金的综合性能，即同时具备优良的力学、耐磨和耐腐蚀能力。

本发明的技术方案为：

一种耐磨耐蚀锌铝合金材料，其特征在于：所述材料中的成分及其重量百分比（wt%）为：Al 27%-43.5%，Cu 1.5%-2.5%；Mn 0.2%-1.0%，Ni 0.1%-0.9%，余量为Zn和不可避免的杂质。

一种如权利要求1所述耐磨耐蚀锌铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

（1）先将箱式中温电阻炉加热到750℃，然后分别把装有铝锭、铝铜中间合金、铝锰中间合金和铝镍中间合金的坩埚放入箱式中温电阻炉中，待其全部熔化后，温度降至700℃，然后放入锌锭，保温30min后，扒渣、加入覆盖剂，覆盖剂为质量百分数为50%的NaCl和质量百分数为50%的KCl组成的混合物，然后用六氯乙烷除气除杂，得到金属液；

（2）采用电磁搅拌设备进行电磁搅拌制坯，设备包括调压变压器和搅拌装置；电磁搅拌时，将已经预热到300℃的石墨坩埚放在电磁搅拌装置中，将金属液浇注到石墨坩埚中进行电磁搅拌，直至其完全凝固，得到锌铝合金材料。

根据权利要求1所述耐磨耐蚀锌铝合金材料的制备方法，其特征在于：调压变压器额定功率9KW，输入电压380V，输出电压0～430V，输出电流0～50A。

根据权利要求1所述耐磨耐蚀锌铝合金材料的制备方法，其特征在于：浇注温度为650～670℃。

根据权利要求1所述耐磨耐蚀锌铝合金材料的制备方法，其特征在于：电磁搅拌时间：60～120s。

根据权利要求1所述耐磨耐蚀锌铝合金材料的制备方法，其特征在于：电磁搅拌时加载电压为120-150V。

本发明铸造耐磨耐蚀锌铝合金材料具有较高的强度、耐磨性和耐蚀性。耐磨耐蚀锌铝合金可用于柴油机主轴套和履带式推土机、装载机、挖掘机行走机构的支重轮、引导轴的轴套等。可以预见，随着锌铝合金材料的性能提高和潜在市场逐渐被开发，其社会应用前景必将十分广阔。

在工业基地振兴中，重大先进装备中的一些关键部件的材料性能及成形问题已成为进一步提高这些装备水平的制约因素，而电磁搅拌制备合金材料技术为解决这个关键问题提供了一个有效的方法。电磁搅拌技术克服了传统铸造过程中存在的晶粒粗大、偏析严重的缺点，是一种极具竞争力的凝固工艺。

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明进行具体说明：

实施例1：

耐磨耐蚀锌铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

（2）采用电磁搅拌设备进行电磁搅拌制坯，设备包括调压变压器和搅拌装置，调压变压器额定功率9KW，输入电压380V，输出电压0～430V，输出电流0～50A；电磁搅拌时，将已经预热到300℃的石墨坩埚放在电磁搅拌装置中，将金属液浇注到石墨坩埚中进行电磁搅拌，浇注温度为650℃，电磁搅拌时间60s，电磁搅拌时加载电压为120V，直至其完全凝固，得到锌铝合金材料。

根据上述实施例制得的耐磨耐蚀锌铝合金材料中的成分及其重量百分比（wt%）为：Al 27.4，Cu 2.2%；Mn 0.2%，Ni 0.3%，余量为Zn和不可避免的杂质。

实施例2：

耐磨耐蚀锌铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

（2）采用电磁搅拌设备进行电磁搅拌制坯，设备包括调压变压器和搅拌装置，调压变压器额定功率9KW，输入电压380V，输出电压0～430V，输出电流0～50A；电磁搅拌时，将已经预热到300℃的石墨坩埚放在电磁搅拌装置中，将金属液浇注到石墨坩埚中进行电磁搅拌，浇注温度为650℃，电磁搅拌时间100s，电磁搅拌时加载电压为150V，直至其完全凝固，得到锌铝合金材料。

根据上述实施例制得的耐磨耐蚀锌铝合金材料中的成分及其重量百分比（wt%）为：Al 27.4，Cu 2.2%；Mn 0.4%，Ni 0.1%，余量为Zn和不可避免的杂质。

实施例3：

耐磨耐蚀锌铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

（2）采用电磁搅拌设备进行电磁搅拌制坯，设备包括调压变压器和搅拌装置，调压变压器额定功率9KW，输入电压380V，输出电压0～430V，输出电流0～50A；电磁搅拌时，将已经预热到300℃的石墨坩埚放在电磁搅拌装置中，将金属液浇注到石墨坩埚中进行电磁搅拌，浇注温度为660℃，电磁搅拌时间80s，电磁搅拌时加载电压为120V，直至其完全凝固，得到锌铝合金材料。

根据上述实施例制得的耐磨耐蚀锌铝合金材料中的成分及其重量百分比（wt%）为：Al 35.2，Cu 2.2%；Mn 0.4%，Ni 0.2%，余量为Zn和不可避免的杂质。

实施例4：

耐磨耐蚀锌铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

（2）采用电磁搅拌设备进行电磁搅拌制坯，设备包括调压变压器和搅拌装置，调压变压器额定功率9KW，输入电压380V，输出电压0～430V，输出电流0～50A；电磁搅拌时，将已经预热到300℃的石墨坩埚放在电磁搅拌装置中，将金属液浇注到石墨坩埚中进行电磁搅拌，浇注温度为670℃，电磁搅拌时间120s，电磁搅拌时加载电压为150V，直至其完全凝固，得到锌铝合金材料。

根据上述实施例制得的耐磨耐蚀锌铝合金材料中的成分及其重量百分比（wt%）为：Al 35.2，Cu 2.2%；Mn 0.4%，Ni 0.3%，余量为Zn和不可避免的杂质。

实施例5：

耐磨耐蚀锌铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

根据上述实施例制得的耐磨耐蚀锌铝合金材料中的成分及其重量百分比（wt%）为：Al 43.1，Cu 2.2%；Mn 0.6%，Ni 0.5%，余量为Zn和不可避免的杂质。

实施例6：

耐磨耐蚀锌铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

（2）采用电磁搅拌设备进行电磁搅拌制坯，设备包括调压变压器和搅拌装置，调压变压器额定功率9KW，输入电压380V，输出电压0～430V，输出电流0～50A；电磁搅拌时，将已经预热到300℃的石墨坩埚放在电磁搅拌装置中，将金属液浇注到石墨坩埚中进行电磁搅拌，浇注温度为650℃，电磁搅拌时间80s，电磁搅拌时加载电压为130V，直至其完全凝固，得到锌铝合金材料。

根据上述实施例制得的耐磨耐蚀锌铝合金材料中的成分及其重量百分比（wt%）为：Al 35.2，Cu 2.2%；Mn 0.9%，Ni 0.8%，余量为Zn和不可避免的杂质。

实施例7：

耐磨耐蚀锌铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

（2）采用电磁搅拌设备进行电磁搅拌制坯，设备包括调压变压器和搅拌装置，调压变压器额定功率9KW，输入电压380V，输出电压0～430V，输出电流0～50A；电磁搅拌时，将已经预热到300℃的石墨坩埚放在电磁搅拌装置中，将金属液浇注到石墨坩埚中进行电磁搅拌，浇注温度为660℃，电磁搅拌时间00s，电磁搅拌时加载电压为140V，直至其完全凝固，得到锌铝合金材料。

根据上述实施例制得的耐磨耐蚀锌铝合金材料中的成分及其重量百分比（wt%）为：Al 43.1，Cu 2.2%；Mn 0.9%，Ni 0.7%，余量为Zn和不可避免的杂质。

实施例8：

耐磨耐蚀锌铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

根据上述实施例制得的耐磨耐蚀锌铝合金材料中的成分及其重量百分比（wt%）为：Al 43.1，Cu 2.2%；Mn1.0%，Ni 0.9%，余量为Zn和不可避免的杂质。

依据上述技术方案制备的耐磨耐蚀锌铝合金材料的力学及耐磨、耐蚀性能如下表所示：

Claims

1.一种耐磨耐蚀锌铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

（2）采用电磁搅拌设备进行电磁搅拌制坯，设备包括调压变压器和搅拌装置；电磁搅拌时，将已经预热到300℃的石墨坩埚放在电磁搅拌装置中，将金属液浇注到石墨坩埚中进行电磁搅拌，直至其完全凝固，得到锌铝合金材料；

所述锌铝合金材料中的成分及其重量百分比为：Al 27%-43.5%，Cu 1.5%-2.5%；Mn 0.2%-1.0%，Ni 0.1%-0.9%，余量为Zn和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述耐磨耐蚀锌铝合金材料的制备方法，其特征在于：调压变压器额定功率9kW，输入电压380V，输出电压0～430V，输出电流0～50A。

3.根据权利要求1所述耐磨耐蚀锌铝合金材料的制备方法，其特征在于：浇注温度为650～670℃。

4.根据权利要求1所述耐磨耐蚀锌铝合金材料的制备方法，其特征在于：电磁搅拌时间：60～120s。

5.根据权利要求1所述耐磨耐蚀锌铝合金材料的制备方法，其特征在于：电磁搅拌时加载电压为120～150V。