[发明专利]一种提高铜锌铝记忆合金碱性介质磨损性能的复合变质剂

说明书

技术领域

本发明属于铜基记忆合金技术领域，特指一种提高铜锌铝记忆合金碱性介质磨损性能的复合变质剂。

背景技术

近年来的研究表明形状记忆合金除具有形状记忆、伪弹性和高阻尼外，还具有良好的耐磨性能。形状记忆合金具有优良的耐磨性能是由前苏联学者AkceAoB于1982年提出的，但当时未引起重视。对形状记忆合金磨损性能的研究，国外主要集中NiTi基合金上，对铜基记忆合金磨损性能的研究鲜有报道。国内外对这方面的报道不多，且不同的学者对形状记忆合金的耐磨机理有不同的见解。铜锌铝形状记忆合金作为铜基记忆合金中最具有实用价值的合金之一，由于其加工容易，塑性高，记忆性能好，价格低廉，越来越受到人们的重视。但是铜锌铝形状记忆合金存在晶粒粗大、马氏体稳定化等缺陷，严重影响了耐磨性能，极大的限制了应用范围，特别是在碱性介质下的磨损性能。本发明开发出一种提高铜锌铝记忆合金碱性介质磨损性能的复合变质剂。

发明内容

一种提高铜锌铝记忆合金碱性介质磨损性能的复合变质剂，其特征为：Ce 10～15wt％、La 8～12 wt％、Nd 8～12wt％、Sc6～9wt％、Lu6～9 wt％、 Ni 4～8wt%、Y＋Pr＋Tb＋Eu＋Gd＋Ho＋Er＋Tm为10～20wt%， V 2～5wt%，Zr 2～5wt%，余为铜。所述复合变质剂为块状合金，熔点范围850～1150℃，复合变质剂加入量范围为0.2～1.2wt%。

　上述成分可化为：Ce 12～13wt％、La 10～11 wt％、Nd 9～10wt％、Sc7～8wt％、Lu7～8 wt％、 Ni 6～7wt%、Y＋Pr＋Tb＋Eu＋Gd＋Ho＋Er＋Tm为14～16wt%， V 3～4wt%，Zr 3～4wt%，余为铜。复合变质剂加入量最佳范围为0.8wt%。

本发明复合变质剂辅以多种稀土元素及其它元素，避免单独使用一种稀土元素或一种其它元素时对材料综合性能提高不明显的缺点，复合变质剂与铜锌铝记忆合金元素发生交互和变质作用，达到净化合金液、去除杂质，细化晶粒、强化晶界，使组织得到优化，能大幅提高合金碱性介质下的耐磨性能。

附图说明

图1复合变质剂加入量对铜锌铝记忆合金磨损量的影响

　　　　　●－载荷200N；○－载荷400N；▲－载荷600N；■－载荷800N；＊－载荷1000N。

具体实施方式

以Zn25 wt %、Al4 wt %、余为铜为原料，称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：加入电解铜、锌锭、铝锭，待材料全部熔化后，升温至1240℃～1260℃时采用冲入法加入复合稀土变质剂，复合变质剂加入量为0.2wt %～1.2wt %。浇注成直径为φ80×150mm的铸锭。退火处理是加热到850℃保温24小时后随炉冷却，然后车削去除表面2-3mm的脱锌层，再将铸锭在850℃保温30分钟后锻打成φ55×60mm的棒材。最后进行热处理，其具体工艺为：850℃保温30分钟后，从保温炉中取出在大气环境条件下冷却。在棒材上取样，通过线切割加工出摩擦磨损试样，摩擦磨损试样为圆环状，具体尺寸：外径Φ50mm，内孔Φ16mm，环厚度8mm。对磨件尺寸同上，材质为40Cr钢，硬度50－54HRC。摩擦磨损是在国产MM-2000型销盘式试验机上进行。磨损量以试样磨损前后的质量差来衡量，称量采用MAll0电子分析天平，精度为0.0001g。碱性介质为自配的Na（OH）稀溶液（PH=10.0），滴速为20滴/每分钟。试样开始试验前，先进行30min的预跑合，跑合完毕后测定原始重量，然后加载至预定的载荷进行预定时间的磨损试验。摩擦磨损试验结束后，将试样用丙酮超声清洗30min，再测定试样的重量，并计算出试样的磨损量(磨损失重)。每次测试前试样和对磨件都要用丙酮清洗，每次测试后下一次测试前要将对磨件用砂纸磨到1200号，防止下一次测试时对磨件的表面粗糙度发生变化。实验中，45Cr钢环转速200r/min，铜锌铝记忆合金环转速180r/min，相对滑动速度0.05236m/s。试验结果见图1。

由图1可以看到，加入复合变质剂的铜锌铝记忆合金的耐磨性在碱性介质条件下优于未加入复合变质剂的合金，并且随着复合变质剂含量的增加耐磨性呈现出先增大后减小的趋势。由图1还可以发现，当载荷小于600N时，无论是否加入复合变质剂对铜锌铝记忆合金的耐磨性的影响不大。当载荷大于600N时，加入复合变质剂的铜锌铝记忆合金的磨损量明显小于未加入复合变质剂的合金，且载荷越大，这种趋势越明显。这表明加入一定数量的复合变质剂，可明显提高铜锌铝记忆合金重载条件下的耐磨性。分析比较数据还可发现，在碱性介质条件下，载荷大于600N时，当复合变质剂加入量为0.8%时，铜锌铝记忆合金的耐磨性最好。