一种铝合金材料、铝合金耐磨件及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种铝合金材料、铝合金耐磨件及其制备方法。该铝合金材料包括按重量百分含量计的：8～13%的硅、1～3%的铜、1～2%的锌、低于0.9%的铁、低于0.9%的锰、低于0.3%的镁和低于0.5%的镍，其余为铝。具有上述组成的铝合金材料，提高了以其为原料所得工件的机械强度，并改善了工件的耐磨性和加工特性；且铝合金材料中的锌含量较高能够进一步提高工件的强度，进而有效地降低工件的摩擦系数，改善工件的耐磨性；同时，镁含量控制在0.3%以下，能够有效防止工件产生脆性相，降低工件的延展性，改善工件的耐磨性，延长工件的使用时间。
【专利说明】一种错合金材料、错合金耐磨件及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及冶金领域，具体而言，涉及一种铝合金材料、铝合金耐磨件及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 相互接触的两个零件有相对运动或相对运动趋势时，就会在接触面产生摩擦力， 从而产生相应的磨损。摩擦力大小直接反映功耗的高低，磨损性能的好坏决定了零件或整 机寿命的长短。因此，降低零件接触面间的摩擦力，提高材料的耐磨性，对提高压缩机的可 靠性有重要意义。
[0003] 以十字滑环为例，作用是将曲轴的旋转运动转化为动盘的平动。十字滑环凸键在 键槽内往复运动，凸键的两侧面分别与动涡盘、支架上的滑槽构成摩擦面，当作用在凸键上 的载荷很大时，作用在凸键滑动面上的表面压力将增大，容易导致接触面上的油膜受载荷 过大而破裂，因此，在每一凸键的滑动表面上很难形成连续的润滑油膜，这将加剧凸键的磨 损。另外，当压缩机启动或低频运行时，曲轴驱动动盘尾部，十字滑环的凸键在支架或动盘 的滑槽内低速滑动，油气不充分也会导致不能形成连续的油膜，从而加剧凸键或键槽的磨 损。
[0004] 现有的十字滑环等耐磨件一般采用铝合金材料，铝合金具有质量轻，在运动中惯 性力小的优势；但是，目前的铝合金材料摩擦系数较大，材质较软，在使用过程中容易磨损。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在提供一种铝合金材料、铝合金耐磨件及其制备方法，提高了铝合金耐 磨件的耐磨性能。
[0006] 为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种铝合金材料，铝合金材料 包括按重量百分含量计的：8?13%的硅、1?3%的铜、1?2%的锌、低于0. 9%的铁、低于 0. 9%的锰、低于0. 3%的镁和低于0. 5%的镍，其余为铝。
[0007] 进一步地,上述错合金材料包括按重量百分含量计的：10%的娃、2%的铜、1. 5%的 锌、0. 8%的铁、0. 3%的锰、0. 2%的镁和0. 3%的镍，其余为铝。
[0008] 根据本发明的另一方面，提供了一种铝合金耐磨件，上述铝合金耐磨件包括铝合 金基体，铝合金基体采用上述的铝合金材料制作而成。
[0009] 进一步地，上述铝合金基体的表面具有硬质阳极氧化膜，硬质阳极氧化膜的厚度 为15?35 μ m，硬度值为380?450HV。
[0010] 进一步地，上述硬质阳极氧化膜的厚度为20?30 μ m，硬度值为400HV。
[0011] 进一步地，上述铝合金耐磨件还包括润滑膜，润滑膜包覆在铝合金基体的硬质阳 极氧化膜上且厚度为30?60 μ m。
[0012] 进一步地，上述润滑膜为聚四氟乙烯膜。
[0013] 根据本发明的另一方面，提供了一种铝合金耐磨件的制备方法，该制备方法采用 上述的铝合金材料为原料。
[0014] 进一步地，上述制备方法包括：步骤S1，将铝合金材料进行铸造得到铝合金耐磨 坯；步骤S2,采用200?250g/L的硫酸对铝合金耐磨坯进行硬质阳极氧化得到铝合金基 体，其中，硬质阳极氧化的温度为 _8?-5°C，电流为1?3A，氧化时间为20?40min。
[0015] 进一步地，上述制备方法在步骤S2之后还包括：步骤S3,将铝合金基体水洗后浸 渍到包括质量含量为25?35%的聚四氟乙烯的乳液中；步骤S4,15?30min后将浸渍后的 铝合金基体取出并置于250?300°C下干燥20?40min，得到铝合金耐磨件。
[0016] 应用本发明的技术方案，提高了以其为原料所得工件的机械强度，并改善了工件 的耐磨性和加工特性；且铝合金材料中的锌含量较高能够进一步提高工件的强度，进而有 效地降低工件的摩擦系数，改善工件的耐磨性；同时，镁含量控制在0. 3%以下，能够有效防 止工件产生脆性相，降低工件的延展性，改善工件的耐磨性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示 意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0018] 图1示出了实施例1的铝合金十字滑环的摩擦系数测试结果；
[0019] 图2示出了实施例2的铝合金十字滑环的摩擦系数测试结果；
[0020] 图3示出了实施例5的铝合金十字滑环的摩擦系数测试结果；
[0021] 图4示出了对比例1的铝合金十字滑环的摩擦系数测试结果；以及
[0022] 图5示出了对比例2的铝合金十字滑环的摩擦系数测试结果。
【具体实施方式】
[0023] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0024] 在本发明一种典型的实施方式中，提供了一种错合金材料，该错合金材料包括按 重量百分含量计的：8?13%的硅、1?3%的铜、1?2%的锌、低于0. 9%的铁、低于0. 9%的 锰、低于〇. 3%的镁和低于0. 5%的镍，其余为铝。
[0025] 具有上述组成的铝合金材料，提高了以其为原料所得工件的机械强度，并改善了 工件的耐磨性和加工特性；且铝合金材料中的锌含量较高能够进一步提高工件的强度，进 而有效地降低工件的摩擦系数，改善工件的耐磨性；同时，镁含量控制在〇. 3%以下，能够有 效防止工件产生脆性相，降低工件的延展性，改善工件的耐磨性，延长工件的使用时间。
[0026] 在本发明的一种优选的实施例中，上述铝合金材料包括按重量百分含量计的：10% 的硅、2%的铜、1. 5%的锌、0. 8%的铁、0. 3%的锰、0. 2%的镁和0. 3%的镍，其余为铝。具有上 述组成的铝合金材料的强度和耐磨性均具有较为理想的表现。
[0027] 在本发明的另一种典型的实施方式中，提供了一种铝合金耐磨件，该铝合金耐磨 件包括铝合金基体，铝合金基体采用上述的铝合金材料制作而成。该铝合金耐磨件的铝合 金基体中各元素相互配合，提高了铝合金耐磨件的强度，降低了其摩擦系数，改善了其耐磨 性能。
[0028] 在本发明的又一种优选的实施例中，上述铝合金基体的表面具有硬质阳极氧化 膜，硬质阳极氧化膜的厚度为15?35 μ m，硬度值为380?450HV。
[0029] 设置在铝合金基体表面的硬质阳极氧化膜的硬度较大，在摩擦过程中磨损较小， 而且，硬质阳极氧化膜的表面疏松层内的孔隙可以浸渍和储存润滑油，在工作条件恶劣α匕 如重载荷、高温度）的情况下润滑油可以溢出形成油膜，进一步使表面系数降低，减少铝合 金耐磨件的磨损。上述的铝合金材料中硅含量在8?13%之间，减少硬质阳极氧化膜中针 孔的产生，不仅可以显著提高硬质阳极氧化膜的表面质量，而且容易控制硬质阳极氧化膜 的厚度。
[0030] 当上述铝合金基体的硬质阳极氧化膜的厚度为20?30 μ m，硬度值为400HV时能 够显著改善铝合金耐磨件的耐磨性能。
[0031] 在本发明的又一种优选的实施例中，上述铝合金耐磨件还包括润滑膜，该润滑膜 包覆在铝合金基体的硬质阳极氧化膜上且厚度为30?60 μ m。在铝合金基体的表面包覆润 滑膜，进一步降低了铝合金耐磨件的摩擦系数，降低铝合金耐磨件工作时的功耗。
[0032] 从原料成本和耐磨效果综合考虑，优选上述润滑膜为聚四氟乙烯膜。
[0033] 在本发明的另一种典型的实施方式中，提供了一种铝合金耐磨件的制备方法，该 制备方法采用上述的铝合金材料为原料。以本发明铝合金材料为原料制作上述铝合金耐磨 件时，可以采用常规的冶炼方法，比如电炉精炼、铸造成型，由于原料中各组分理想的配比 降低了所得到的铝合金耐磨件的摩擦系数，提高了其耐磨性能。
[0034] 在本发明的又一种优选的实施例中，上述制备方法包括：步骤S1，将铝合金材料 进行铸造得到铝合金耐磨坯；步骤S2,采用200?250g/L的硫酸对铝合金耐磨坯进行硬质 阳极氧化得到铝合金基体，其中，硬质阳极氧化的温度为-8?_5°C，电流为1?3A，氧化时 间为20?40min。在上述条件下对铝合金耐磨坯进行硬质阳极氧化处理，得到的硬质阳极 氧化膜的厚度和硬度值均比较理想。
[0035] 在本发明的又一种优选的实施例中，上述制备方法在步骤S2之后还包括：步骤 S3,将铝合金基体水洗后浸渍到浓度包括质量含量为25?35%的聚四氟乙烯的乳液中；步 骤S4,15?30min后将浸渍后的铝合金基体取出并置于250?300°C下干燥20?40min， 得到铝合金耐磨件。在上述过程中，聚四氟乙烯只能覆在硬质阳极氧化膜的表面而不能渗 到内部的微孔中，因此，不仅减小了铝合金耐磨件表面的摩擦系数，而且不会影响硬质阳极 氧化膜对润滑油的储存功能，进一步改善了在工作条件恶劣时铝合金耐磨件的耐磨性能。
[0036] 以下将结合实施例和对比例，进一步说明本发明的有益效果。
[0037] 实施例1
[0038] 实施例1的铝合金材料的重量百分比为：10%的硅、2%的铜、1. 5%的锌、0. 8%的铁、 0. 3%的锰、0. 2%的镁和0. 3%的镍，其余为铝。
[0039] 将上述实施例1的铝合金材料精炼为铝合金十字滑环坯，采用200g/L的硫酸对铝 合金十字滑环坯进行硬质阳极氧化得到厚度为30μπι的硬质阳极氧化膜，其中，硬质阳极 氧化的温度为_5°C，电流为2Α，氧化时间为30min ;将铝合金基体水洗后浸渍到浓度为30% 的聚四氟乙烯乳液中；20min后将浸渍后的铝合金基体取出并置于280°C下干燥30min，得 到实施例1的铝合金十字滑环。
[0040] 实施例2
[0041] 实施例2的铝合金材料的重量百分比为：10%的硅、2%的铜、1. 5%的锌、0. 8%的铁、 0. 3%的锰、0. 2%的镁和0. 3%的镍，其余为铝。
[0042] 将上述实施例2的铝合金材精炼为铝合金十字滑环坯，采用200g/L的硫酸对铝合 金十字滑环坯进行硬质阳极氧化得到厚度为35 μ m的硬质阳极氧化膜，其中，硬质阳极氧 化的温度为_5°C，电流为2A，氧化时间为30min，得到实施例2的铝合金十字滑环。
[0043] 实施例3
[0044] 实施例3的铝合金材料的重量百分比为：13%的硅、3%的铜、1%的锌、0. 3%的铁、 0. 5%的锰、0. 2%的镁和0. 3%的镍，其余为铝。
[0045] 将上述实施例3的铝合金材料精炼为铝合金十字滑环坯，采用250g/L的硫酸对铝 合金十字滑环坯进行硬质阳极氧化得到厚度为20μπι的硬质阳极氧化膜，其中，硬质阳极 氧化的温度为_8°C,电流为3Α,氧化时间为20min ;将错合金基体水洗后浸渍到浓度为25% 的聚四氟乙烯乳液中；30min后将浸渍后的铝合金基体取出并置于250°C下干燥40min，得 到实施例3的铝合金十字滑环。
[0046] 实施例4
[0047] 实施例4的铝合金材料的重量百分比为：8%的硅、1%的铜、2%的锌、0. 5%的铁、 0. 5%的锰、0. 7%的镁和0. 5%的镍，其余为铝。
[0048] 将上述实施例4的铝合金精炼为铝合金十字滑环坯，采用230g/L的硫酸对铝合金 十字滑环坯进行硬质阳极氧化得到厚度为40μπι的硬质阳极氧化膜，其中，硬质阳极氧化 的温度为_3°C，电流为1Α，氧化时间为40min ;将铝合金基体水洗后浸渍到浓度为35%的聚 四氟乙烯乳液中；15min后将浸渍后的铝合金基体取出并置于300°C下干燥20min，得到实 施例4的铝合金十字滑环。
[0049] 实施例5
[0050] 实施例5的铝合金材料的重量百分比为：10%的硅、2%的铜、1. 5%的锌、0. 8%的铁、 0. 3%的锰、0. 2%的镁和0. 3%的镍，其余为铝。将上述实施例3的铝合金材料精炼为实施例 5的铝合金十字滑环。
[0051] 对比例1
[0052] 对比例1的铝合金材料的重量百分比为：11%的硅、1. 5%的铜、0. 8%的锌、0. 6%的 铁、0. 6%的锰、0. 6%的镁和0. 6%的镍，其余为铝。将上述对比例1的铝合金材料精炼对比 例1的铝合金十字滑环。
[0053] 对比例2
[0054] 对比例2的铝合金材料的重量百分比为：5%的硅、4%的铜、2. 3%的锌、1. 0%的铁、 1. 0%的锰、0. 5%的镁和0. 6%的镍，其余为铝。将上述对比例1的铝合金材料精炼为铝合金 十字滑环坯，采用200g/L的硫酸对铝合金十字滑环坯进行硬质阳极氧化得到厚度为35 μ m 硬质阳极氧化膜，其中，硬质阳极氧化的温度为_5°C，电流为2A，氧化时间为30min ;将铝合 金基体水洗后浸渍到浓度为30%的聚四氟乙烯乳液中；20min后将浸渍后的铝合金基体取 出并置于280°C下干燥30min，得到对比例1的铝合金十字滑环。
[0055] 对实施例1至5以及对比例1和2的铝合金十字滑环的摩擦性能进行测试，硬度、 磨损率和磨损量的测试结果记录表1，摩擦系数的测试结果见附图。具体测试方法为：
[0056] 阳极氧化膜显微硬度测量采用MCO10-HVS-1000Z型显微硬度计，所加载荷为 9. 8N，加载时间10s，结果为5次测定数据的平均值。
[0057] 摩擦磨损设备为WWM-A立式万能摩擦磨损试验机，止推圈式面面接触，上试件为 大止推圈（材料为HT250,230HV)，下试样为待测试铝合金十字滑环。载荷600N，速率800r/ min,磨损长度13875m，摩擦试验条件为室温，环境介质为68EP冷冻油润滑状态。采用轮廓 法来评定试样的磨损量。
[0058] 表 1
[0059]
【权利要求】
1. 一种铝合金材料，其特征在于，所述铝合金材料包括按重量百分含量计的：8?13% 的硅、1?3%的铜、1?2%的锌、低于0. 9%的铁、低于0. 9%的锰、低于0. 3%的镁和低于0. 5% 的镍，其余为铝。
2. 根据权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于，所述铝合金材料包括按重量百分 含量计的：10%的硅、2%的铜、1. 5%的锌、0. 8%的铁、0. 3%的锰、0. 2%的镁和0. 3%的镍，其余 为错。
3. -种铝合金耐磨件，其特征在于，所述铝合金耐磨件包括铝合金基体，所述铝合金基 体采用权利要求1或2所述的铝合金材料制作而成。
4. 根据权利要求3所述的铝合金耐磨件，其特征在于，所述铝合金基体的表面具有硬 质阳极氧化膜，所述硬质阳极氧化膜的厚度为15?35 μ m，硬度值为380?450HV。
5. 根据权利要求4所述的铝合金耐磨件，其特征在于，所述硬质阳极氧化膜的厚度为 20?30 μ m，硬度值为400HV。
6. 根据权利要求4或5所述的铝合金耐磨件，其特征在于，所述铝合金耐磨件还包括润 滑膜，所述润滑膜包覆在所述铝合金基体的硬质阳极氧化膜上且厚度为30?60 μ m。
7. 根据权利要求6所述的铝合金耐磨件，其特征在于，所述润滑膜为聚四氟乙烯膜。
8. -种铝合金耐磨件的制备方法，其特征在于，所述制备方法采用权利要求1或2所述 的铝合金材料为原料。
9. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括： 步骤S1，将所述铝合金材料进行铸造得到铝合金耐磨坯； 步骤S2,采用200?250g/L的硫酸对铝合金耐磨坯进行硬质阳极氧化得到铝合金基 体，其中，所述硬质阳极氧化的温度为-8?_5°C，电流为1?3A，氧化时间为20?40min。
10. 根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法在所述步骤S2之后还 包括： 步骤S3，将所述铝合金基体水洗后浸渍到包括质量含量为25?35%的聚四氟乙烯的乳 液中； 步骤S4,15?30min后将浸渍后的所述铝合金基体取出并置于250?300°C下干燥 20?40min，得到所述错合金耐磨件。
【文档编号】C22C21/02GK104109782SQ201310134835
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年4月17日 优先权日:2013年4月17日
【发明者】薛鹏飞, 史正良, 陈定川 申请人:珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司