[发明专利]锌铝基减摩合金材料及制备方法

说明书

一、技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种稀土变质的锌铝基减摩合金材料及其制备方法。

二、技术背景

目前金属材料领域中，以锌铝合金作为耐磨材料受到了普遍重视。

CN11910524.54.7号发明申请中的高铝锌基耐磨合金，是代替锡青铜，用于机械行业不同工况条件下工作的轴瓦、轴套、蜗轮等耐磨零件的合金材料。该合金的最佳成份配比(按重量％)分别为：锌53％，铝43％，铜3.5％，硅0.11％，镁0.03％。合金组织为软基体上分布着硬质点，使合金的耐磨性能大大提高，并且具有较高的强度和硬度。与锡青铜合金相比，该发明的锌基耐磨合金，以锌代铜，提高铝含量，使合金重量减轻1/2，成本降低50％，是滑动轴承理想的耐磨合金材料。该发明中因硅含量少，耐磨性能需要提高。

CN20011100371101.X号申请公开了一种减摩锌铝合金，其各成份的重量百分比：Al 25-40％；Cu 1-5％；Si 1-10％；余量为Zn。该发明的利用喷射成形和多道次累积变形热挤压法来实现普通铸造无法达到的铅颗粒的细小均匀分布，从而得到优良耐磨性能的Zn-Al-Cu-Si合金。这种材料中的含硅量增大。但是由于喷射成形方法的效率低，后续需要挤压加工，工艺要求严格，成本高，另外受到产品形状的限制。

三、发明内容

本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种锌铝基减摩合金材料，该材料因为有效提高铅含量，大大提高了合金的耐磨作用。

本发明的另一目的是提供上述锌铝基减摩合金材料制备方法，该方法制备工艺简便，生产的合金材料性能好，生产成本低，便于工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种锌铝基减摩合金材料，该合金材料以锌铝合金为基体，在锌铝合金基体上均匀分布着细小镁化合物相，该合金材料各成分的重量百分含量：Al为11％～24.5％，Pb为11％～13％，Mg为11％～15％，Fe为0.5％～1.5％，C为0.0011％～0.015％，Gd为0.5％～1.5％，其余为Zn。

该合金材料中还含有重量百分含量为0.1％～0.5％的Dy和0.1％～0.5％的Ce。

上述锌铝基减摩合金材料的制备方法，其制备过程如下：

先按照占原料总重：Al为11％～24.5％、Pb为11％～13％、Mg为11％～15％、Fe为0.5％～1.5％、C为0.0011％～0.015％，Gd为0.5％～1.5％，其余为Zn进行配料；

然后将称好的全部Al、Mg、Zn、Pb、Fe纯金属和碳粒置于加热容器内，碳粒尺寸为1-3mm，当温度加热到4.5110～700℃时形成锌、铝、铅、镁、铁、碳合金液，此时将配好的纯稀土金属Gd用钟罩压入合金液中，稀土金属Gd颗粒尺寸为1-3mm；

继续将合金液加热到715～725℃时，保温10～15分钟，即可浇铸成相应铸件；形成的铸件置于70-110℃的热处理炉中保温0.5-0.11小时后，取出便得到所需减摩合金。

其制备过程还加入占原料总重0.1％～0.5％的Dy和0.1％～0.5％的Ce，Dy和Ce与Gd同时用钟罩压入合金液中，Dy和Ce颗粒尺寸为1-3mm。

本发明相比现有技术具有如下优点：

本发明的锌铝基高耐磨合金材料由于材料在合成过程中，铁和铝等反应易形成硬质的针状化合物，针状对基体的割裂破坏作用大，严重降低了合金的力学性能，稀土元素镝、钆和铈是表面活性元素，可以在铁铝化合物凝固长大过程中干扰物相的某一择优生长，抑制了针状铁铝化合物的形成。

钆和铈可以与铅、铁形成化合物。因此，钆和铈可以与铅、铁形成的化合物，与镁铅化合物、铁铝化合物有很好的亲和作用，可以将合金中的镁铅化合物、铁铝化合物结合团聚形成团状的化合物复合体，分布在柔韧的固溶体基体中。

镝可以细化化合物复合体。在合金凝固时稀土和碳、铝形成的细小的质点，这些细小的质点成为固溶体和化合物复合体形核的核心，增加了固溶体和化合物粒子的数量，增大了化合物复合体的弥散程度，促使化合物复合体分布均匀；

本发明合金材料的锌铝基体中形成大量的团状化合物复合体，化合物复合体中具有良好减摩性的镁铅化合物和具有良好耐磨性的铁铝化合物、稀土铁硅化合物相间融于一体；这种细小的同时具有耐磨性能和减摩性能的化合物复合体又处于韧性固溶体包围中，因此化合物复合体在与配副的摩擦中不宜碎化脱落，而且该材料具有较高的减摩性能。

本发明的合金性能见表1。该合金材料不需要外加陶瓷颗粒提高材料的耐磨性。