一种提高铜铝基合金摩擦磨损性能的复合稀土添加剂的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于铜合金技术领域，特指一种提高铜铝基合金摩擦磨损性能的复合稀土添加剂。
【背景技术】
[0002]铜铝基具有优良的机械、耐蚀耐磨性能，作为理想的机器结构材料，通常用来制造复杂工况下的阀门、齿轮、蜗轮、轴套及螺旋桨等。科学技术的飞速发展，迫切需要进一步提高铜铝基的强度、硬度及耐磨性能。基于此，国内外学者进行了大量的研究，主要集中在:一是新工艺新方法，例如真空吸铸、热处理、ECAC、激光熔覆技术等；二是微合金化，通过添加各种合金元素，如Fe、Mn、N1、Zn、T1、RE等，改变其内部组织，提高铜铝基合金的物理、化学和力学性能，进而进一步提高铜铝基合金的摩擦磨损性能。
[0003]在冶金工业中，稀土常被称作是金属材料的“维生素”。其特点是以少量甚至微量的稀土作用于合金中，便能显著的提高其综合性能。稀土元素在铜合金中主要用于改善热加工性能和铸件组织，防止偏析；获得高强度、良好的摩擦磨损性能、热疲劳性能以及耐腐蚀性能。铜合金中加入稀土元素能改善铜的组织结构、机械性能和导电性。合金的硬度和抗拉强度随着稀土元素含量的增加而增加，同时合金的塑性也到达很好的效果。铝青铜合金具有强度高、耐磨性能好、铸造性能优良、熔炼工艺简单、耗能少、无污染及原材料成本低等一系列优点，因而受到国内外专家的普遍重视，因此铝青铜合金具有很强的市场竞争力。基于此，本发明开发出一种提高铜铝基合金摩擦磨损性能的复合稀土添加剂。
【发明内容】
[0004]一种提高铜铝基合金摩擦磨损性能的复合稀土添加剂，其特征为:组分按重量百分比计算，Cel2-16 %、Y10-15 %、Ba7_10 Nb 5-8 Zr4-7 Nd 3-6La+Sc+Dy+Er+Yb+Tb+Lu+Gd+Ti合计为14_18%，余量为铜。所述变质剂为块状灰褐色合金，熔点范围800 - 1200°C，复合稀土添加剂加入量范围为0.2%-1.2%。
[0005]上述用于铜铝基合金的复合稀土添加剂，成分可优选为:Cel4_15%、Y12_13%、Ba8-9Nb 6-7%, Zr5-6Nd 4-5%, La+Sc+Dy+Er+Yb+Tb+Lu+Gd+Ti 合计为 16-17%，余量为铜。复合稀土添加剂加入量优选范围为0.8%-1.0%。
本发明复合稀土添加剂辅以多种合金元素，避免单独使用一种元素时对材料综合性能提高不明显的缺点，复合稀土添加剂与铜铝合金中不同合金元素发生交互作用，达到净化合金液、去除杂质、细化晶粒、强化基体、使组织得到优化，性能明显改善，全面提高材料摩擦磨损。
【附图说明】
[0006]图1在不同的载荷下，复合稀土添加剂含量不同时的磨损量 ? — 300N，■— 600N, A- 900N, X — 1200N 图2载荷900N时未加入复合稀土添加剂铜铝基合金表面磨损形貌图3载荷900N时加入复合稀土添加剂0.4%铜铝基合金表面磨损形貌图4载荷900N时加入复合稀土添加剂0.8%铜铝基合金表面磨损形貌图5载荷900N时加入复合稀土添加剂1.2%铜铝基合金表面磨损形貌图1所示为300N、600N、900N、1200N四种不同载荷下，不同复合稀土添加剂含量铜铝基合金试样与40Cr钢圆环对磨4小时的磨损量曲线图。由图1可见，在4种载荷下，添加复合稀土添加剂铜铝基合金的耐磨性能均优于未加复合稀土添加剂铜铝基合金的耐磨性能，且磨损量均随复合稀土添加剂含量的增加呈现先减小再增大的变化规律。分析数据还可以发现，当复合稀土添加剂加入量小于0.8%时，铜铝基合金的磨损量随稀土加入量的增加而减小，而当复合稀土添加剂含量从1.0%增大到1.2%时，铜铝基合金的磨损量又开始增加，显然在，加入0.6 — 0.8%复合稀土添加剂的铜铝基合金具有最好的耐磨性能。
[0007]图2 —图5所示为复合稀土添加剂加入量不同时,铜招基合金在900N载荷条件下磨损4小时的磨面SEM形貌照片。由图2可见，未加复合稀土添加剂时，铜铝基合金的磨损表面十分粗糙，在磨痕处可以发现基体金属受到挤压而产生的很大塑性变形，材料大面积出现层状剥落现象，同时发现有撕脱的迹象。
[0008]图3为加入0.4%复合稀土添加剂时,铜招基合金的磨损表面,与未加复合稀土添加剂铜铝基合金磨面比较发现，铜铝基合金的塑性变形轻微，铜铝基合金的磨损量明显减少。当复合稀土添加剂加入量达到0.8%时，磨损表面如图4所示，可见磨损表面比较平整，犁沟细而浅，铜铝基合金的磨损性能明显提高。复合稀土添加剂含量为％1.2时(图5)，磨损又开始加重，体现为犁沟的数量、深度、带宽均有不同程度增力口。此外，在磨痕之间出现浅层剥落现象。
[0009]
【具体实施方式】
实施例。
[0010]以电解铜、工业铝锭AOO号、普通不含锈的铁钉、电解镍、电解锰、电解铬、结晶硅、复合稀土添加剂，(组分按重量百分比计算，NdlO-15%, Tb8-12%, V7-10%, Sb7-10%,Ce6-9% ,La+Sc+Sm+Er+Yb+Lu+Gd+Nb+Ti+Ba 合计为 15_20%，余量为铜。)为原料。成分按重量百分比计算，按 A19-10%、Fe4-5%、Ni3-4%、Mnl.5-2.5%,Cr0.8-1.2%,S1.35-0.4%、复合稀土添加剂0-1.2%、余量是铜的比例称重后在感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为:先加入铝锭、电解铜、普通不含锈的铁钉、电解镍、电解锰、电解铬、结晶硅、复合稀土添加剂，待材料全部熔化后，升温至125(T130(TC时保温4min-6 min使各元素均匀化，然后撒入铜合金用精炼除渣剂，静置5min-4min后扒渣除气，待温度为120(Tl25(rC时准备浇注。铸造工艺为:砂型铸造，底板为金属型，金属型内部通水冷却，将熔炼好的铜铝铁镍锰合金液浇铸成长250mm、宽40_、高70_的毛坯，根据加入复合稀土添加剂的含量不同，浇铸出七组复合稀土添加剂含量不同的铜铝铁镍锰合金毛坯，其复合稀土添加剂加入量分别为0%、0.2%、0.4%、0.6%、
0.8%、1.0%、1.2%。再在毛坯上取样，通过线切割加工出摩擦磨损试样，摩擦磨损试样为长19.5mm、宽10mm、高8mm。对磨件的尺寸为外径Φ40 mm,内孔Φ16 mm,厚度10 mm,对磨件的材质为40Cr，硬度50 - 55HRC。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MAllO电子分析天平，精度为0.00019g。摩擦磨损类型为油润滑摩擦磨损，所用润滑油为30#机油。各试样开始试验前，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重进行磨损试验。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。实验中上试样固定不动，下试样转速为400r/min。由图1可以看出，复合稀土添加剂加入量为0.8%-1.0%时，合金的磨损量最少。
【主权项】
1.一种提高铜铝基合金摩擦磨损性能的复合稀土添加剂，其特征为:组分按重量百分比计算，Cel2-16 %、Y10-15 %、Ba7_10 Nb 5-8 Zr4-7 Nd 3-6La+Sc+Dy+Er+Yb+Tb+Lu+Gd+Ti合计为14_18%，余量为铜；所述变质剂为块状灰褐色合金，熔点范围800 - 1200°C，复合稀土添加剂加入量范围为0.2%- 1.2%。2.根据权利要求1所述一种提高铜铝基合金摩擦磨损性能的复合稀土添加剂，成分可优选为:Cel4-15 %、Y12-13 %、Ba8_9 Nb 6-7 Zr5-6 Nd 4-5La+Sc+Dy+Er+Yb+Tb+Lu+Gd+Ti 合计为 16_17%，余量为铜。3.根据权利要求1所述一种提高铜铝基合金摩擦磨损性能的复合稀土添加剂，复合稀土添加剂加入量优选范围为0.8%-1.0%。
【专利摘要】一种提高铜铝基合金摩擦磨损性能的复合稀土添加剂，属于铜合金技术领域，其特征为：组分按重量百分比计算，Ce12-16％、Y10-15％、Ba7-10％、Nb5-8％、Zr4-7％、Nd3-6％、La+Sc+Dy+Er+Yb+Tb+Lu+Gd+Ti合计为14-18%，余量为铜。所述变质剂为块状灰褐色合金，熔点范围800－1200℃，复合稀土添加剂加入量范围为0.2%-1.2%。
【IPC分类】C22C30/02
【公开号】CN105088050
【申请号】CN201410195036
【发明人】张志敏, 管志锋, 李萌, 万浩, 白高鹏
【申请人】镇江忆诺唯记忆合金有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年5月9日