一种高耐磨性Zn-Al合金的制备方法与流程

本发明涉及一种高耐磨性Zn-Al合金的制备方法，属于材料制备
技术领域：
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背景技术：
：锌铝合金具备良好的力学性能和耐磨减摩性能，同时还具有原材料成本和熔化能耗低，高的强度和硬度，良好的铸造工艺等特点，近几十年中被广泛应用于制备轴承、轴瓦、轴套等耐磨构件，用其代替部分铜合金及铝合金具有明显的经济意义与现实意义。锌铝合金具有良好的耐磨减摩性能，当锌合金Al含量大于25％(wt％)时，常被用于制备耐磨件，尤其是ZA合金系列。在低速、重载的工况条件下的轴承合金方面得到了广泛的应用。ZA合金系列中的ZA27合金，由于其优越的力学性能和摩擦磨损性能，受到了广泛关注。ZA27合金广泛应用于制造轴承、轴瓦、轴套以及其他耐磨器件，被当作是SAE660和SAE64的替代材料。ZA27合金进行370℃/3h、5h的固溶热处理，并与铸态ZA27一起进行摩擦磨损试验，结果表明经过热处理后的ZA27合金的摩擦磨损性能明显优于铸态合金，完全可以代替部分铜合金制作耐磨减摩零件，尤其在重载低速条件下使用更为适宜。喷射成形技术是一种较为成熟的快速凝固新技术，是一项涉及到液态金属雾化、快速冷却、非平衡凝固和粉末冶金等多领域的近终形坯件制备技术，在新材料领域得到了广泛应用。喷射沉积具有工艺流程短、高沉积效率、近终形成形等优点，而且产品具有高致密度、低含氧量、宏观偏析消除的特点。在2003年3月14日北京有色金属研究总院申请名为“一种超高强度高韧性铝合金材料及其制备方法”的专利申请并授予专利权(专利号为03119605.5)。在该专利中，详细记载了关于喷射成形方法和所使用的设备。喷射成形方法为：(1)按合金成分，配制预制合金锭；(2)升温将合金预制锭熔化后，采用惰性气体并通过雾化喷嘴进行雾化，雾化喷嘴以1～5Hz的频率高速扫描，雾化气体为高纯惰性气体，雾化压力为0.5～1.0MPa；(3)在气雾化的同时，将雾化液沉积在接收装置上，即得到所需的铝合金材料。喷射成形设备采用非真空喷射成形设备，该非真空喷射成形设备包括有：感应加热熔炉、感应加热或电阻加热的中间包、导流管、气流雾化喷嘴，接收罐体，在接收罐体中安装接收 装置。因此，喷射成形技术是一个很成熟的技术。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种高耐磨性Zn-Al合金的制备方法，采用该方法制备Zn-Al合金能够有效地细化Zn/Al共析组织的尺寸，使得合金的耐磨性能得以改善。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高耐磨性Zn-Al合金的制备方法，该Zn-Al合金的组成为：Al25-35％、Cu0.5-1.5％、Zn余量；采用喷射成形技术，使用非限制式气流雾化喷嘴，通过气流雾化喷嘴喷射出的雾化气体对导流管流出的合金熔体进行喷射成形，并沉积到接收装置的接收盘上。其中，喷射成形的工艺参数为：雾化气体为氮气，雾化压力为0.6-0.8MPa，合金熔体温度为973-1073K，由导流管的出口到接收盘的沉积距离为400-500mm，导流管温度为973-1073K，雾化器扫描的频率为1-5Hz，接收装置下降的速度为20mm/min，接收装置下降的角度为30°。本发明还提供一种采用所述方法制备得到的Zn-Al合金。喷射成形快速凝固技术可以有效地改变合金中Zn/Al共析组织的形态和尺寸，显著改善合金的耐磨性能。本发明的优点在于：本发明提出了一种改善Zn-Al合金耐磨性的新方法，其采用喷射成形快速凝固技术，细化了合金组织中的Zn/Al共析相，实现了合金组织和耐磨性能的改善，消除了普通铸造合金中粗大的共析组织。附图说明图1是Zn-30Al-1Cu合金微观组织图像，其中(a)为利用普通铸造方法制备的合金，(b)为利用喷射成形技术制备的合金。图2是利用普通铸造和喷射成形方法制备的Zn-32Al-1.2Cu合金在不同载荷下磨损率的对比图。图3是利用普通铸造和喷射成形方法制备的Zn-30Al-0.8Cu合金的磨损表面形貌的对比图。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步说明，但是本发明的保护范围不限于下列实施例。本发明利用喷射成形技术制备Zn-Al合金，该锌铝合金的组成为：Al 25-35％、Cu0.5-1.5％、Zn余量。在本发明中，喷射成形方法和所使用的设备与专利ZL03119605.5中描述的相同。在喷射成形过程中所使用的是非限制式气流雾化喷嘴，有关非限制式气流雾化喷嘴的技术内容记载在专利ZL98201214.4中。本发明中喷射成形工艺参数如下：雾化气体氮气雾化压力0.6-0.8MPa熔体温度973-1073K沉积距离400-500mm导流管温度973-1073K雾化器扫描频率1-5Hz接收系统下降速度20mm/min接收系统下降角度30°实施例1利用喷射成形快速凝固技术制备Zn-30Al-1Cu合金，合金融化到1073K时，采用氮气作为雾化气体，雾化压力为0.75MPa，沉积距离为400mm，实验用导流管温度为1000K，雾化器扫描频率为3Hz，接收系统下降速度为20mm/min，接收系统下降角度为30°。制备的合金组织中形成了晶粒细小的Zn-Al共析组织，从而消除了普通铸造合金中粗大的组织对合金耐磨性能的不利影响。图1是光学显微镜下利用普通铸造和喷射成形技术制备的Zn-30Al-1Cu合金的微观组织。从图中可以看到，普通铸造合金的微观组织是由粗大的树枝晶组成，而喷射成形合金的组织是由细小的等轴晶组成，等轴晶内片层状的共析组织清晰可辨，这种两相相间的组织对合金的耐磨性能十分有利。实施例2利用喷射成形快速凝固技术制备Zn-32Al-1.2Cu合金，合金融化到1073K后，采用氮气作为雾化气体，雾化压力为0.65MPa，沉积距离为400mm，实验用导流管温度为1000K，雾化器扫描频率为3Hz，接收系统下降速度为20mm/min，接收系统下降角度为30°。制备了Zn-32Al-1.2Cu合金。将普通铸造和上述喷射成形技术制备的Zn-32Al-1.2Cu合金在Falex-6型摩擦磨损试验机上进行干摩擦实验，载荷为20N、40N、60N和80N。结果表明，和普通铸造合金相比，利用喷射成形技术制备的Zn-32Al-1.2Cu合金具有低的磨损率。由此可见，喷射成形技术改善了Zn-Al合金的耐磨性能。实施例3利用喷射成形快速凝固技术制备Zn-30Al-0.8Cu合金，合金融化到1073K后，采用氮气作为雾化气体，雾化压力为0.7MPa，沉积距离为470mm，实验用导流管温度为1000K，雾化器扫描频率为3Hz，接收系统下降速度为20mm/min，接收系统下降角度为30°。制备得到Zn-30Al-0.8Cu合金。将普通铸造和上述喷射成形技术制备的Zn-30Al-0.8Cu合金在Falex-6型摩擦磨损试验机上进行干摩擦实验，载荷为80N。图3是二种合金的磨损表面的扫描电子图像，结果表明，如图3中的(b)所示，利用喷射成形制备的合金的磨损表面平滑，未发现明显的材料脱落；如图3中的(a)所示，普通铸造合金的磨损表面出现了大面积的磨坑。由此可见，喷射成形技术改善了Zn-Al合金的耐磨性能。当前第1页1 2 3