一种高强度二硼化钛颗粒增强铜基复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种颗粒增强铜基复合材料及其制备方法，特别是设及一种用于高载 荷变速齿轮的高强度二棚化铁颗粒增强铜基复合材料。
【背景技术】 阳00引国标铜合金Z化SnieZnz是一种较常用的锡青铜材料，它具有铸造性能、耐蚀性、耐 磨性和可切削性能好，铸件致密性较高，气密性较好等一系列优点；因此主要用于制造在中 等及较高载荷（15MPa)和小滑动速度（3m/s)下工作的重要管配件，W及阀口、旋塞、累体、 齿轮、叶轮和蜗轮等。由于其强度及相应的硬度较低，其在重要齿轮配件中使用年限较短（3 年左右），由此带来了较大的更换成本。为了进一步提高该材料在重要齿轮部件中的应用 年限，在保证其原有耐蚀性和可切削性能的同时提高其强度与硬度是必须要攻克的一个难 题。
[0003] 二棚化铁是一种具有六方晶体结构的灰色或灰黑色的粉末或晶体材料；烙点是 2980°C，密度是4. 52g/cm3。它具有很高的硬度，在空气中抗氧化溫度能达到1000°C，在盐酸 和氨氣酸中稳定，具有优良的热稳定性、抗氧化性能及导电性能；主要用于导电陶瓷材料， 陶瓷切削刀具及模具，复合陶瓷材料，侣电解槽阴极涂层材料及侣、铁、铜等金属材料的强 化剂。
[0004] 综上，将高纯度二棚化铁和铜合金Z化SnieZnz二者优势结合在一起的颗粒增强铜 基合金复合材料一定能够在保证铜合金洗uSrii。化2原有耐蚀性和可切削性能的同时提高强 度与硬度，从而延长颗粒增强铜基合金复合材料在重要齿轮配件中的使用年限。
【发明内容】
[00化]本发明的目的在于，通过改进高纯度二棚化铁和铜合金Z化SninZnz之间体积配比W及制备条件，提供一种有效提高铜合金Z化SnwZnz强度和硬度的用于高载荷变速齿轮的 高强度二棚化铁颗粒增强铜基复合材料及其制备方法。
[0006] 为实现上述发明目的，本发明所提供的技术方案是：
[0007] 一种用于高载荷变速齿轮的高强度二棚化铁颗粒增强铜基复合材料由如下体 积百分比的组分组成：纯度大于98 %的高纯度二棚化铁3. 5-5. 5 %，铜合金ZCuSnicZnz 94. 5-96. 5%。
[0008] 优选地，本发明的用于高载荷变速齿轮的高强度二棚化铁颗粒增强铜基复合 材料，由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98%的高纯度二棚化铁3. 5%，铜合金 ZCuSni〇Zn2 96. 5% 〇
[0009] 优选地，本发明的用于高载荷变速齿轮的高强度二棚化铁颗粒增强铜基复合 材料，由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98%的高纯度二棚化铁4. 5%，铜合金 ZCuSni〇Zn2 95. 5%。
[0010] 优选地，本发明的用于高载荷变速齿轮的高强度二棚化铁颗粒增强铜基复合 材料，由如下体积百分比的组分组成：纯度大于98%的高纯度二棚化铁5. 5%，铜合金ZQiSnioZriz94. 5%。
[0011] 进一步地，所述高纯度二棚化铁为粒径600ymW上，900ymW下的粉体颗粒。 阳01引进一步地，所述铜合金Z化SnieZnz由如下质量百分比的组分组成：锡锭 9. 0-11.0%，锋1.0-3. 0%，铅锭《1.5%，儀《2.0%，杂质《1.5%，其余为铜。
[0013] 本发明提供一种用于高载荷变速齿轮的高强度二棚化铁颗粒增强铜基复合材料 的制备方法，其特征在于，具有W下步骤：
[0014] 1)制备铜合金Z化Sni(jZn2:将电解铜、锡锭、锋、铅锭、儀按照上述的重量比例放入 电炉中烙炼，烙炼中铜合金液体体积小于电炉体积的95% ;烙炼溫度为1050-1150°C，时间 为5-化；
[0015]2)使用斯派克直读光谱仪对制备的铜合金洗uSni。化2液体进行成分检测，W确定 其化学组成在上述的范围之内；
[0016] 如将高纯度二棚化铁按体积百分比为3. 5-5. 5 %放入上述铜合金Z化Sni〇Zri2液体 的表面，开启工频电炉的震动装置并同时用石墨棒进行揽拌，使二者均匀混合；进一步升高 电炉溫度至1200-1350°C并保持30-40min;
[0017] 4)将制作完成的高强度二棚化铁颗粒增强铜基复合材料在电炉中进行保溫，时间 为45-50min;之后采用连续铸造的方式将此高强度二棚化铁颗粒增强铜基复合材料铸造 成高强度颗粒增强铜基合金复合棒材，铸造溫度为1100-1150°C;
[0018] 5)将铸造完成之后的高强度颗粒增强铜基合金复合棒材进行表面车加工处理，并 按照出厂标准包装。
[0019] 进一步地，步骤3中，所述高纯度二棚化铁的体积百分比为3. 5%。
[0020] 进一步地，步骤3中，所述高纯度二棚化铁的体积百分比为4. 5%。
[0021] 进一步地，步骤3中，所述高纯度二棚化铁的体积百分比为5. 5%。
[0022] 采用上述技术方案，本发明的有益效果有：
[0023] 1.本发明将高纯度二棚化铁粉体颗粒通过上述技术手段均匀分布在铜合金 Z化SnieZnz材料中，利用二棚化铁具有很高的硬度，在空气中抗氧化溫度能达到1000°C， 在盐酸和氨氣酸中稳定，具有优良的热稳定性、抗氧化性能及导电性能，弥补了铜合金 Z化SnieZnz材料的硬度低、强度差、使用寿命短等缺点，实现铜合金Z化SnwZn2材料的硬度和 强度性能的进一步提升。
[0024] 2.本发明所得到的用于高载荷变速齿轮的高强度二棚化铁颗粒增强铜基复合材 料，通过改变高纯度二棚化铁和铜合金Z化SnwZnz的体积比，能有效的提高最终铜基合金复 合材料的强度、硬度耐磨性W及耐腐蚀性。高强度二棚化铁颗粒增强铜基复合材料的机械 性能有显著提高并且其制造的部件的载荷由提高至23MPa-25MPa，滑动速度由3m/s 提高至5m/s-6m/s，其作为重要齿轮配件中的使用年限由3年左右提高至4-6年。
【附图说明】
[00巧]图1是本发明的高强度二棚化铁颗粒增强铜基复合材料的方法的流程图。
【具体实施方式】
[00%] w下结合附图及实施例对本发明提供的高强度二棚化铁颗粒增强铜基复合材料 及其制备方法作进一步说明，但并非限制本发明的应用范围。 阳〇八]连施俩I 1
[0028] 本发明实施例1的用于高载荷变速齿轮的高强度二棚化铁颗粒增强铜基复合 材料，各组分的体积百分比为纯度大于98%的高纯度二棚化铁3. 5%，铜合金Z化SnieZnz 96. 5%，其中高纯度二棚化铁为粒径600ymW上，900ymW下的粉体颗粒。
[0029] 本发明实施例1的用于高载荷变速齿轮的高强度二棚化铁颗粒增强铜基复合材 料的制备方法，具有W下步骤（如图1所示）：
[0030] 1)制备铜合金Z化SniuZrv将电解铜、锡、锋按照上述的重量比例放入电炉中烙 炼，烙炼中铜合金液体体积小于电炉体积的95%;烙炼溫度为1050°C，时间为化；
[0031]2)使用斯派克直读光谱仪对制备的铜合金洗uSni。化2液体进行成分检测，W确定 其化学组成在上述的范围之内；
[0032] 3)将高纯度二棚化铁按体积百分比为3. 5%放入上述铜合金Z化Sni。化2液体的表 面，开启工频电炉的震动装置并同时用石墨棒进行揽拌，使二者均匀混合；进一步升高电炉 溫度至1200C并保持30min;
[0033] 4)将制作完成的高强度二棚化铁颗粒增强铜基复合材料在电炉中进行保溫，时间 为45min;之后采用连续铸造的方式将此高强度二棚化铁颗粒增强铜基复合材料铸造成高 强度颗粒增强铜基合金复合棒材，铸造溫度为ll〇〇°C;
[0034] 5)将铸造完成之后的高强度颗粒增强铜基合金复合棒材进行表面车加工处理，并 按照出厂标准包装。 阳的引 连施俩I 2
[0036] 本发明实施例2的用于高载荷变速齿轮的高强度二棚化铁颗粒增强铜基复合 材料，各组分的体积百分比为纯度大于98%的高纯度二棚化铁4. 5%，铜合金Z化SnieZnz 95. 5%，其中高纯度二棚化铁为粒径600ymW上，900ymW下的粉体颗粒。
[0037] 本发明实施例2的用于高载荷变速齿轮的高强度二棚化铁颗粒增强铜基复合材 料的制备方法，具有W下步骤（如图1所示）：
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