专利名称：一种纳米复合铝锡硅轴承合金的制造方法
技术领域：
本发明涉及机械合金化合成材料技术，尤其涉及一种纳米复合铝锡硅轴承合金的制造方法。
背景技术：
铝基合金由于其较高的力学性能、热传导性和良好的耐蚀性，且资源丰富、价格低廉，而成为中、轻载发动机滑动轴承的主要材料之一。随着汽车工业的发展、汽车发动机性能的不断强化和提高，以及轴承合金工业“无铅化”的推进，Si成为Al基轴承合金继Sn元素之后又一最具前景的添加元素。Al-Sn-Si系轴承合金材料是20世纪80年代初，由日本首先开发成功的。其利用Si粒子在Al-Sn基体中的弥散分布，有效提高材料的疲劳强度；通过对轴的抛光作用，进一步改善材料的抗咬合和跑和性能。值得一提的是，随后不断有新 型Al-Sn-Si系列合金的研发，其工作主要都集中在通过热处理方法，改善Si粒子的大小与分布，进一步提高Al-Sn-Si系列合金轴承材料的性能。但工业上制备Al-Sn-Si轴承合金通常采用铸造方法，所获得Si的尺寸通常为几个到几十个微米尺度，而通过机械合金化方法获得的Si颗粒的尺寸可以控制到I微米甚至纳米尺度，其对合金的力学性能和摩擦学性能有极大的改进。公开号为CN 01107648. 8的专利申请文件中公开了一种铝一铅系纳微米合金的制备方法，该方法是利用高能球磨制备的粉体通过复压复烧工艺获得Al-Pb合金，但该发明主要是提高Al-Pb合金的摩擦磨损性能的，并未研究其烧结性能和力学性能。而由于Al-Sn相比于Al-Pb合金更难烧结，烧结强度不高，造成单纯Al-Sn合金的力学性能不足。公开号为CN 1539578A的专利申请文件中公开了一种利用机械合金化方法制备Al-Pb轴承合金的方法，该方法主要是将制备出的Al-Pb合金粉体轧制复合到钢背上制成轴瓦。随着轴瓦工业“无铅化”进程的推进，Al-Sn-Si系成为替代Al-Pb系轴承合金的重要系列。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种纳米复合铝锡硅轴承合金的制造方法，通过Si组元的加入，采用机械合金化方法，获得Sn相细小弥散分布以及烧结强度高的优良组织和性能，最终获得力学性能和摩擦学性能同步提高的轴承合金。本发明通过下述技术方案实现一种纳米复合铝锡硅轴承合金的制造方法，弥散分布的纳米晶硬质点Si相对Al-Sn合金组织和性能的改善作用，它包括如下步骤( I)通过球磨制备出粒度均匀且细小弥散的Si粉体；(2)通过球磨制备出具有纳米相复合结构的Al-Xwt. %Sn-Ywt. Si机械合金化MA粉体；
(3)将所述球磨制备出的机械合金化MA粉体直接压制成型，得到生坯；(4)将所述生坯放入真空炉内烧结成样。步骤(I)具体是将纯度> 99.9%、粒度为200目的Si粉体在氩气保护下进行球磨；球磨机转速为250rpm ，球磨时间为2小时，得到粒度均匀且细小弥散的Si粉体；步骤(2)所述球磨具体是将纯度为99. 5% 99. 9%、粒度为200目的Al、Sn、与上述球磨获得Si粉按照Al+X%Sn+Y%Si的重量百分比配成不同成分，在氩气保护下用球磨机进行球磨，球磨机转速250 350rpm,球磨时间30 40h,制备出Al_X%Sn_Y%Si的机械合金化粉体；球磨机钢罐中配以淬火不锈钢球作为球磨工作载体，钢球与粉体的重量比为15 1，其中，X、Y的取值范围分别是12彡X彡20,0彡Y彡5 ;步骤(3)所述的压制成型采用单轴向压制成块，压制压力为660MPa ；步骤(4)所述的真空炉内烧结条件如下将样品放入真空炉内，先抽真空到
O.008 O. 08Pa,随后通入氩气，在100°C下保温I小时，然后加热到550 600°C并保温I小时，随炉冷却。与现有技术相比本发明的有益效果在于(I)无铅化方面A1-Sn-Si系合金是目前铝基轴承合金在工业“无铅化”进程中最重要的开发系列，尤其是它在汽车领域应用中所占有的绝对优势；(2)制备工艺方面在Al-Sn中添加Si经过球磨以后，软质点的Sn和硬质点的Si细小均匀弥散分布于硬的Al基体上，克服传统铸造的比重偏析和Sn相粗大等组织缺陷；在温度高于577°C烧结时，Si与Al形成共晶相，破除Al表面的氧化薄膜，有效地解决了 Al基合金粉体烧结问题；同时，消除Sn相的网状分布，由此提高合金的结合强度，进而提高其承载能力和抗咬合性能；(3)性能方面采用本发明制成的Al-Sn-Si轴瓦合金的结合强度、承载能力和摩擦学性能，相对于铸造工艺的的Al-Sn-Si系列轴承合金，都有显著提高，有广泛的应用前
旦
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图I是实施例I制备的具有纳米复合结构Al - 20%Sn轴承合金SEM图(亮色的为Sn 相)；图2是实施例2制备的具有纳米复合结构Al - 12%Sn轴承合金SEM图(亮色的为Sn 相)；图3是实施例8制备的具有纳米复合结构Al - 12%Sn-2. 5%Si轴承合金SEM图(亮色的为Sn相)；图4是实施例8制备的具有纳米复合结构Al - 12%Sn_2. 5%Si轴承合金中Si元素的面分布图；图5是实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6、实施例7实例8和实施例9所制备的纳米复合Al-Sn-Si基合金的烧结致密度对比图；图6是实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6、实施例7实施例8和实施例9所制备的纳米复合Al-Sn-Si基合金的拉伸强度对比图。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。实施例I如图I。将纯度为99. 9%、粒度为200目的80wt%Al、20wt%Sn粉在氩气保护下进行球磨，球磨机转速为250rpm，球磨时间为40h，球料比为15 : I ;将所制备的球磨粉体采用单轴向压制成块，压制压力为660MPa ；然后将压好的块体放到真空烧结炉中，抽真空至8 X 10_3Pa，随后通入氩气升温到100°C并保温I小时，然后升温到550°C并保温I小时，随炉冷却。 实施例2如图2。将纯度为99. 9%、粒度为200目88wt%Al、12wt%Sn粉体在氩气保护下进行球磨，球磨机转速为350rpm，球磨时间为30h，球料比为15 : I ;将所制备的球磨粉体采用单轴向压制成块，压制压力为660MPa ；然后将压好的块体放到真空烧结炉中，抽真空至8 X 10_3Pa，随后通入氩气升温到100°C并保温I小时，然后升温到550°C并保温I小时，随炉冷却。实施例3如图5、6。将纯度彡99. 9%、粒度为200目的Si粉体在氩气保护下进行球磨；球磨机转速为250rpm，球磨时间为2小时，得到粒度均匀且细小弥散的Si粉体；将纯度为99. 9%、粒度为200目87. 5wt%AlU2wt%Sn与上述球磨获得的O. 5wt%Si粉体在氩气保护下进行球磨，球磨机转速为350rpm，球磨时间为30h，球料比为15 : I ;压制烧结工艺同实施例2。实施例4如图5、6。球磨制备Si粉体工艺同实施例3 ;将纯度为99. 9%、粒度为200目85. 5wt%AlU2wt%Sn与上述球磨获得的2. 5wt%Si粉体在氩气保护下进行球磨，球磨机转速为350rpm，球磨时间为30h，球料比为15 : I ;压制烧结工艺同实施例2。实施例5如图5、6。球磨制备Si粉体工艺同实施例3 ;将纯度为99. 9%、粒度为200目83wt%Al、12wt%Sn与上述球磨获得的5wt%Si粉体在氩气保护下进行球磨，球磨机转速为350rpm，球磨时间为30h，球料比为15 : I ;压制烧结工艺同实施例2。实施例6如图5、6。将纯度为99. 9%、粒度为200目88wt%Al、12wt%Sn粉体在氩气保护下进行球磨，球磨机转速为350rpm，球磨时间为30h，球料比为15 : I ;将所制备的球磨粉体采用单轴向压制成块，压制压力为660MPa ；然后将压好的块体放到真空烧结炉中，抽真空至8 X 10_3Pa，随后通入氩气升温到100°C并保温I小时，然后升温到600°C并保温I小时，随炉冷却。实施例7如图5、6。球磨制备Si粉体工艺同实施例3 ;
将纯度为99. 9%、粒度为200目87. 5wt%AlU2wt%Sn与上述球磨获得的O. 5wt%Si粉体在氩气保护下进行球磨，球磨机转速为350rpm，球磨时间为30h，球料比为15 : I ;压制烧结工艺同实施例6。实施例8如图3、4、5、6。球磨制备Si粉体工艺同实施例3 ;将纯度为99. 9%、粒度为200目85. 5wt%AlU2wt%Sn与上述球磨获得的2. 5wt%Si粉体在氩气保护下进行球磨，球磨机转速为350rpm，球磨时间为30h，球料比为15 : I ;压制烧结工艺同实施例6。实施例9
如图5、6。球磨制备Si粉体工艺同实施例3 ;将纯度为99. 9%、粒度为200目83wt%Al、12wt%Sn与上述球磨获得的5wt%Si粉体在氩气保护下进行球磨，球磨机转速为350rpm，球磨时间为30h，球料比为15 : I ;压制烧结工艺同实施例6。如上所述便可较好地实现本发明。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种纳米复合铝锡硅轴承合金的制造方法，其特征在于弥散分布的纳米晶硬质Si相对Al-Sn合金组织和性能的改善作用，它包括如下步骤 (1)通过球磨制备出粒度均匀且细小弥散的Si粉体； (2)通过球磨制备出具有纳米相复合结构的Al-Xwt.%Sn-Ywt. Si机械合金化MA粉体； (3)将所述球磨制备出的机械合金化MA粉体直接压制成型，得到生坯； (4)将所述生坯放入真空炉内烧结成样。
2.根据权利要求I所述纳米复合铝锡硅基轴承合金的制造方法，其特征在于 步骤(I)具体是将纯度> 99. 9%、粒度为200目的Si粉体在氩气保护下进行球磨；球磨机转速为250rpm，球磨时间为2小时，得到粒度均匀且细小弥散的Si粉体； 步骤(2)所述球磨具体是将纯度为99. 5% 99. 9%、粒度为200目的Al、Sn、与上述球磨获得Si粉体按照Al+X%Sn+Y%Si的重量百分比配成不同成分，在氩气保护下用球磨机进行球磨，球磨机转速250rpm 350rpm,球磨时间30h 40h,制备出Al_X%Sn_Y%Si的机械合金化粉体；球磨机钢罐中配以淬火不锈钢球作为球磨工作载体，钢球与粉体的重量比为·15 1，其中，X、Y的取值范围分别是12彡X彡20、0彡Y彡5; 步骤(3)所述的压制成型采用单轴向压制成块，压制压力为660MPa ; 步骤(4)所述的真空炉内烧结条件如下将样品放入真空炉内，先抽真空到O. 008 ·O.08Pa，随后通入氩气，在100°C下保温I小时，然后加热到550°C 600°C并保温I小时，随炉冷却。
全文摘要
本发明是一种纳米复合铝锡硅轴承合金的制造方法，用高纯度的Si粉在氩气保护下用球磨机破碎，获得弥散的Si粉体；用高纯度的Al、Sn粉与上述球磨获得的Si粉按Al+Sn+Si的重量百分比在氩气保护下，进行二次球磨，获得纳米相复合结构的MA Al-Sn-Si合金粉体；将获得的MA Al-Sn-Si粉体冷压制成型，然后烧结，再冷却而制成。Si相的加入一方面通过形成Al-Si共晶相，破除Al粉颗粒表面的氧化层，促进冶金结合；另一方面弥散分布的Si相抑制Sn相由于离异共晶而产生的网状组织和Sn相长大。本发明获得纳米晶的硬质Si粒子和软质Sn粒子均匀弥散分布于高强度的Al基体中，有效提高合金性能。
文档编号C22C21/00GK102703769SQ201210172229
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月29日 优先权日2012年5月29日
发明者曾美琴, 朱敏, 胡仁宗, 舒小飞, 高岩, 鲁忠臣 申请人:华南理工大学