1.本发明属于铝基合金技术领域，具体涉及一种耐磨损铝合金及其制备方法。
背景技术：
2.铝合金架空导线已有近70年的使用历史，所用的铝合金主要以a1-mg-si系为基础mj，英国标准(bs)、法国标准(nf)、国际电工委员会标准(iec)、德国标准(din)、美国材料试验标准(astm)和中国机械行业标准(jb/t8134-1997，jb/t8640-1997)等一系列标准，对a1-mg-si合金导线的强度和导电性能都做了十分详细的规定h1，迄今为止，从a1-mg-si合金导线性能的好坏可看出一个国家电力发展水平的高低。
3.由于导线长期暴露在野外环境中，受风载荷的影响，导致导线与线夹、导线线股间出现磨损。这种磨损对导线表面状况和导电性能必然存在影响，随之带来导线电晕的增强、导线断股的概率增加、线路损耗增多，甚至会导致导线断裂情况发生。因此，增强铝合金的耐磨损性能具有重要的价值和意义。
4.磨损是摩擦的必然结果，是摩擦过程中从材料表面分离出磨屑而不断损伤的现象。统计显示，全世界30％的能源损耗由磨损引起，而我国每年由磨损造成的经济损失高达数千亿元。随着工业技术的发展，人们需要速度更快、载重更高、更加精密并且能在更加恶劣的环境中工作的零件，这就对材料的耐磨性提出了更高的要求。
5.cn106702227a公开了一种耐磨铝合金，其成分按重量百分比含有：10～12％si；8～12％mg；0.8～1.6％fe；0.3～0.7％mn；0.3～0.7％cr；0.05～0.1％sr；余量为铝。该耐磨损铝合金的强度偏低。cn108277400a公开了一种耐磨型铝合金材料制备方法，按重量比，包括8-10％硅、0.1-0.15％钛、0.5-0.8％硼、0.08-0.1％锰、0.2-0.3％钨、5-8％铜、3-5％铁、0.3-0.5钴％、0.2-0.3％镍、其余量为铝。该耐磨损铝合金强度低，电导率低。
技术实现要素：
6.本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种铝合金材料，以提高其耐磨损性能。
7.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
8.一种耐磨损铝合金，由如下质量百分数的成分制成：mg：5.0～7.5％，si：2.3～4.2％，mn：1.2～2.3％，cr：0.4～1.5％，b：0.08～0.15％，cd：0.05～0.12％，y：0.01～0.1％，余量为al及不可避免的杂质。
9.al-mg-si系铝合金为电力领域常用的合金系列，抗拉强度高，导电性能好，作为导线弧垂特性好，但是耐磨损性能一般。该系列铝合金的主要强化相为mg2si，在一定的范围内，随着mg、si含量的增加，铝合金的强度及其硬度也会随之提高。同时研究表明，在铝合金中si可以改善耐磨性，并且随着si含量的增加，铝合金的耐磨性提高；但是含量过高的si则会在基体中形成粗大、多角的初晶si相，阻碍mg2si的形成，从而割裂基体，降低铝合金的力学性能。本发明优化了铝合金的组成，使al-mg-si合金的成分设计更合理，同时兼顾到力学
性能与耐磨损性能。
10.优选地，所述耐磨损铝合金由如下质量百分数的成分制成：mg：5.3～6.5％，si：2.5～3.5％，mn：1.5～2.1％，cr：0.8～1.2％，b：0.10～0.15％，cd：0.07～0.10％，y：0.03～0.08％，余量为al及不可避免的杂质。
11.优选地，所述耐磨损铝合金由如下质量百分数的成分制成：mg：6.0％，si：3.1％，mn：1.8％，cr：1.0％，b：0.12％，cd：0.09％，y：0.05％，余量为al及不可避免的杂质。
12.优选地，所述耐磨损铝合金的制备方法，包括如下步骤：
13.步骤s1：按配比准备原料进行真空熔炼，将熔炼得到的熔液浇注至模具，快速冷却成型，得到铸坯；
14.步骤s2：将所述铸坯依次进行均匀化处理、热轧和人工时效处理，得到铝合金。
15.优选地，所述熔炼的温度810℃-905℃，时间20-40分钟，在0-10min，搅拌转速不低于500rpm；10min之后，搅拌转速控制在150-200rpm。
16.优选地，所述均匀化处理的条件为：温度400-430℃，升温速率为0.5-0.7℃/min，保温6-8小时。
17.优选地，所述热轧的开轧温度为500-540℃，终轧温度为385-410℃，轧制初期的道次加工率低于7％，轧制中期的道次加工率为30-35％，轧制后期的道次加工率为18-22％；轧后进行快速冷却处理，处理参数为：温度由385-410℃冷却至100℃以下，冷却速度为35-40℃/s；随后自然冷却至20-30℃。
18.优选地，所述人工时效处理的温度为120-130℃，时间为8-10h。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
20.在本发明中，添加5.0～7.5％mg，合金中的初生硅和共晶硅均得到显著细化，共晶硅主要为短针状，分布更加均匀，合金的抗拉强度明显提高，微观相的均匀分布也使得耐磨性能得以提高；合金中mg2si出现强化相的析出，使铝合金的力学性能明显提高。但过高的mg含量则会粗化共晶硅相，使力学性能降低。因此，mg和si元素具有协同作用，协同调控的效果更显著。
21.此外，本发明中添加的mn、cr、b、cd和y对于铝合金的综合性能均具有不同程度的增强作用。其中，mn和cr元素均具有阻止铝合金的再结晶过程，细化晶粒的作用，mn主要是通过形成mnal6化合物弥散质点对再结晶晶粒起到阻碍作用，还能够溶解熔液中的杂质，使熔液更纯净；而cr元素则是在铝合金特定的均匀化处理程序中与al、mg形成弥散分布的al
18
cr2mg3相，从而阻止合金再结晶的形核和长大，起到细化晶粒的作用，增强了铝合金的强度。b元素的添加能够与cr元素和mn元素形成金属硼化物，使铝合金的导电率提高，而且形成的金属硼化物能够提高铝合金的磨损性能。cd元素能够增强时效强化效果，在特定的时效处理条件下，能够明显提高铝合金的强度，但是随着cd元素含量的增加，铝合金的抗拉强度会出现下降，因此控制在0.05～0.12％是合适的。y对铝合金的晶粒细化有强化作用，能够增强力学性能；同时添加0.01～0.1％的y还能够提高铝合金的电导率，在基体上形成第二相质点，抑制合金再结晶，提高合金耐热性。
22.本发明在铝合金熔炼过程中，采用搅拌方法并控制搅拌参数，引起内部熔体更显著的运动，为脱落、破碎、熔断和增殖等晶粒游离过程的发生提供可能性，以有效地缩小或消除柱状晶区，进一步提升细化效果。同时，在热处理工艺中，本发明结合铝合金的高温性
能，采用热轧轧制的工艺进行热处理，控制合理的轧制温度及道次加工率，使材料的表面质量得到进一步提高。采用快速冷却的处理方式，使扎制品获得较大的过冷度，进一步增强晶粒的细化变质效果，实现对铝合金力学性能及耐磨性的双重提高。
23.本发明通过调整合金成分及其热处理工艺的协同配合，能够有效地促进熔体的结晶过程和合金的凝固组织，使得铝合金材料在力学性能得以提高的同时，耐磨损性能也具有明显的提升，使铝合金导体材料能够适应更为复杂的用电环境。
具体实施方式
24.为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。
25.在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
26.若无特殊说明，所有原料均来源于市售产品，且若无特殊说明，则不含有除不可避免的杂质以外的其他未明确指出的组分。
27.如无特殊说明，未指明处理温度的步骤的操作环境为室温环境，通常指25
±
5℃。
28.实施例1
29.一种耐磨损铝合金，由如下质量百分数的成分制成：mg：5.0％，si：2.3％，mn：1.2％，cr：0.4％，b：0.08％，cd：0.05％，y：0.01％，余量为al及不可避免的杂质。
30.其制备方法，按以下步骤进行：
31.按配比准备原料进行真空熔炼，温度810℃，时间40分钟，在0-10min，搅拌转速为500rpm；在10-40min，搅拌转速为175rpm，将熔炼得到的熔液浇注至模具，快速冷却成型，得到铸坯；
32.按升温速率0.5℃/min，升温至400℃，进行均匀化处理，保温时间为8小时；
33.热轧的开轧温度为520℃，终轧温度为398℃，轧制初期的道次加工率为6％，轧制中期的道次加工率为32％，轧制后期的道次加工率为19％；轧后进行快速冷却处理，处理参数为：温度由398℃冷却至100℃，冷却速度为38℃/s；随后自然冷却至25℃；
34.升温至130℃，保温8h进行时效处理，最后自然冷却，得到铝合金。
35.本发明中快速冷却成型可以选择水冷方式，通常模具上设有冷却水通道，采用快冷的方式能够细化晶粒、减少偏析，增强铝合金的强度及拉伸性能。
36.在均匀化处理中，保温时间控制在6-8小时，铝合金的延伸率增加的愈加显著，组织中的原子扩散得愈加充分，晶粒的均匀化越好，综合性能越好。
37.实施例2
38.一种耐磨损铝合金，由如下质量百分数的成分制成：mg：7.5％，si：4.2％，mn：2.3％，cr：1.5％，b：0.15％，cd：0.12％，y：0.1％，余量为al及不可避免的杂质。
39.其制备方法，按以下步骤进行：
40.按配比准备原料进行真空熔炼，温度905℃，时间20分钟，在0-10min，搅拌转速为600rpm；在10-20min，搅拌转速为150rpm，将熔炼得到的熔液浇注至模具，快速冷却成型，得
到铸坯；
41.按升温速率0.7℃/min，升温至430℃，进行均匀化处理，保温时间为6小时；
42.热轧的开轧温度为500℃，终轧温度为385℃，轧制初期的道次加工率5％，轧制中期的道次加工率为30％，轧制后期的道次加工率为18％；轧后进行快速冷却处理，处理参数为：温度由385℃冷却至95℃，冷却速度为35℃/s；随后自然冷却至25℃；
43.升温至120℃，保温10h，自然冷却，得到铝合金。
44.实施例3
45.一种耐磨损铝合金由如下质量百分数的成分制成：mg：5.3％，si：2.5％，mn：1.5％，cr：0.8％，b：0.10％，cd：0.07％，y：0.03％，余量为al及不可避免的杂质。
46.其制备方法，按以下步骤进行：
47.按配比准备原料进行真空熔炼，温度850℃，时间30分钟，在0-10min，搅拌转速550rpm；在10-30min，搅拌转速在200rpm，将熔炼得到的熔液浇注至模具，快速冷却成型，得到铸坯；
48.按升温速率0.62℃/min，升温至415℃，进行均匀化处理，保温时间为7小时；
49.热轧的开轧温度为540℃，终轧温度为410℃，轧制初期的道次加工率4％，轧制中期的道次加工率为35％，轧制后期的道次加工率为22％；轧后进行快速冷却处理，处理参数为：温度由410℃冷却至90℃，冷却速度为40℃/s；随后自然冷却至25℃；
50.升温至125℃，保温9h，自然冷却，得到铝合金。
51.实施例4
52.一种耐磨损铝合金由如下质量百分数的成分制成：mg：6.5％，si：3.5％，mn：2.1％，cr：1.2％，b：0.15％，cd：0.10％，y：0.08％，余量为al及不可避免的杂质。
53.其制备方法参阅实施例1。
54.实施例5
55.一种耐磨损铝合金由如下质量百分数的成分制成：mg：6.0％，si：3.1％，mn：1.8％，cr：1.0％，b：0.12％，cd：0.09％，y：0.05％，余量为al及不可避免的杂质。
56.其制备方法参阅实施例1。
57.对比例1
58.与实施例5不同的是，si的质量百分数为5.0％。
59.对比例2
60.与实施例5不同的是，mg：4.0％，si：1.5％。
61.对比例3
62.与实施例5不同的是，将y元素替换为zr。
63.对比例4
64.与实施例5不同的是，将cr元素替换为v。
65.对比例5
66.耐磨损铝合金的组成与实施例5相同，制备方法与实施例5不同的是：
67.热轧的开轧温度为450℃，终轧温度为350℃，轧制初期的道次加工率为6％，轧制中期的道次加工率为15％，轧制后期的道次加工率为23％；轧后进行快速冷却处理，处理参数为：温度由398℃冷却至25℃，冷却速度为20℃/s。
68.对比例6
69.耐磨损铝合金的组成与实施例5相同，制备方法与实施例5不同的是：
70.按配比准备原料进行真空熔炼，温度780℃，时间50分钟，搅拌转速为300rpm；将熔炼得到的熔液浇注至模具，快速冷却成型，得到铸坯；
71.按升温速率1.2℃/min，升温至420℃，进行均匀化处理，保温时间为8小时。
72.性能评价：
73.将本发明实施例1-5及对比例1-6制备的铝合金进行如下性能测试：
74.(1)耐磨损性能：试验选用型号mmw-1型万能摩擦磨损试验机，其主要技术指标：试验力工作范围0～1000n，试验力示值相对误差
±
1％，摩擦力矩测量范围0～2500n
·
mm，摩擦力矩示值相对误差
±
2％，主轴转速范围10～2000r/min。每次试验试样磨损量的称量选用精度0.1mg的分析天平，测定结果见表1。
75.(2)力学性能：在室温25℃下，采用电子万能试验机，拉伸试样标准件按照gb/t228-2002中线材、直径≥4mm进行制备，拉伸试样标距为50mm，标距内直径为5mm，试验采用匀速单向位移拉伸，拉伸速率为3mm/s，gb/t228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法，测定结果见表1。
76.(3)电导率测定：根据gb/t12966-2008铝合金电导率涡流测试方法进行测定，测定结果见表1。
77.表1性能测定结果
78.实例/项目磨损量/mg抗拉强度/mpa断裂伸长率/％电导率/％iacs实施例13.92583.557.5实施例23.22653.357.2实施例33.72613.457.6实施例43.52673.357.3实施例53.52733.157.8对比例13.01994.356.3对比例25.12243.956.8对比例34.52353.754.6对比例44.72184.156.5对比例55.52074.057.1对比例65.22263.557.0
79.表1结果显示，本发明铝合金的抗拉强度在255mpa以上，延伸率在3.0％以上，电导率57％以上，磨损量低于4.0mm；同时由上述实施例的数据亦能看出，理论上si元素的增加对耐磨性的提高是有利的，但在铝合金组成中，单凭si元素的含量还无法合理推断铝合金耐磨性能的变化趋势，其它元素亦表现出协同影响性。
80.对比例1铝合金的性能与本发明相比，单一提高si元素的质量百分数至5.0％虽然对其磨损性能的提升有利，但是提升效果有限，且会导致铝合金的强度发生明显下降，因此在本发明铝合金组成中si元素含量过高对其强度的提高不利，适宜控制在5％以下，优选为2.3～4.2％。对比例2铝合金中镁和硅的含量较之本发明都有所降低，所得铝合金的耐磨性和强度均有明显的下降，因此本发明si 2.3～4.2％，mg 5.0～7.5％有利于提高铝合金的
综合性能。对比例3铝合金采用具有微合金化作用的zr元素替代y，含量不变，所得铝合金的强度及其电导率不及实施例5，说明本发明添加元素y的效果优于zr。对比例4铝合金将cr元素替换为v，含量不变，所得铝合金的耐磨性及强度明显不及实施例5，说明本发明添加元素cr的铝合金的耐磨性和强度效果添加v。对比例5和对比例6改变铝合金制备中的不同工艺步骤的处理参数，所得铝合金的耐磨损性能和/或强度较之实施例5有较明显的下降。
81.综上，本发明铝合金耐磨损的提升与合金成分及其含量密切相关，并通过科学、合理的制备工艺及其条件得到了耐磨性与强度、电导率相平衡的铝合金材料。
82.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。