[发明专利]一种高性能均质铝铋难混溶合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高性能均质铝铋难混溶合金及其制备方法，其制备方法为：在惰性气氛保护下，将金属Al、锡纸包裹的B粉和金属Cu感应加热至完全熔化后，加入金属Bi，然后控制加热温度高于铝铋难混溶合金的组元互溶温度30～50℃，保温3～10min后，淬火或随炉冷却，获得高性能均质的铝铋难混溶合金。本发明所述制备方法可以解决现有难混溶合金的成分偏析、制备工艺复杂等问题，本发明所制备高性能均质铝铋难混溶合金其合金组织是由Al基体、富Bi相液滴、原位生成的长棒状AlB₂固相和原位生成的网状Al₂Cu相构成，具备组织均匀、自润滑耐磨性能优异等优点。

技术领域

本发明涉及金属材料制备技术领域，具体为一种高性能均质铝铋难混溶合金及其制备方法。

背景技术

铝铋难混溶合金因其质量轻、比强度高、导热性好，且具有良好的耐腐蚀和减摩耐磨性能，在轴瓦材料领域应用前景广阔。铝铋难混溶合金在摩擦过程中产生的摩擦热会使合金中低熔点软质的铋相熔融、析出并铺展在材料表面，用来避免轴与轴瓦表面微凸体的直接接触，降低了接触微凸体处的剪切强度，减缓了轴瓦摩擦副的摩擦磨损。

含铋铝基轴瓦材料的研究已成为了轴瓦材料研究领域的重点课题之一。然而，铝铋合金是一种典型的难混溶合金，由于两液相间较大的比重差，常规的铸造条件下，极易发生液相分离，形成宏观偏析乃至分层的凝固组织，限制了该类合金的应用。合金中的Bi相在液相分离过程中形核，然后在溶质扩散下长大、发生Ostwald粗化；达到一定程度后，在表面张力梯度和组元间密度差作用下，发生Marangoni迁移和Stokes沉降，最终沉降在试样底部。如何抑制铝铋难混溶合金的液相分离，是发挥合金减摩耐磨性能的关键，也是难混溶合金领域亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，提供一种高性能均质铝铋难混溶合金及其制备方法，添加B、Cu两组元到铝铋难混溶合金中，原位生成的固相不仅抑制了铝铋难混溶合金的液相分离，还提高了铝铋难溶合金的自润滑耐磨性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高性能均质铝铋难混溶合金的制备方法，包括如下步骤：以金属Al、金属Bi、B粉和金属Cu为原料，在惰性气氛保护下，将金属Al、B粉和金属Cu感应加热至完全熔化后，加入金属Bi，然后控制加热温度高于铝铋难混溶合金的组元互溶温度30～50℃，保温3～10min后，淬火或随炉冷却，获得高性能均质的铝铋难混溶合金。

优选地，所述金属Bi的加入量为金属Al和金属Bi总质量的3.4％～20％。

优选地，所述B粉的加入量为金属Al和金属Bi总质量的0.5％～10％。

优选地，所述金属Cu的加入量为金属Al和金属Bi总质量的1％～10％。

优选地，所述B粉采用铝箔包裹后与金属Cu、金属Al加热熔炼。

进一步地，所述惰性气氛由惰性气体提供，如氩气等。

本发明另一方面提供一种基于上述方法制备的高性能均质铝铋难混溶合金，合金组织为富Bi相液滴均匀分布在铝基体上。

进一步地，所述高性能均质铝铋难混溶合金其合金组织由Al基体、富Bi相液滴、原位生成的长棒状AlB₂固相和原位生成的网状Al₂Cu相构成。