本发明涉及合金材料领域，尤其涉及一种用于高速铁路机车的碳化硅锑锡锌铜复合材料及制备方法。
背景技术：
高速铁路机车主要是以锡青铜为原料，锡青铜是铸造收缩率最小的有色金属合金，用来生产形状复杂、轮廓清晰、气密性要求不高的铸件，锡青铜在大气、海水、淡水和蒸汽中十分耐蚀，广泛应用于各类耐磨轴瓦、轴套、法兰及齿轮等方面，尤其是用于高速铁路装备。为了提升锡青铜合金棒的易切削性能，往往在棒料中添加铅元素，加铅后的锡青铜合金棒具有高的耐磨性并易切削加工，被广泛使用。然而，含铅的锡青铜合金棒会对环境造成影响，随着人们环保意识的不断提高，含铅元素的青铜合金棒已不能满足国内外高端市场的要求，尤其不能满足我国快速发展的高速铁路机车零部件的要求。另外，随着工业的发展，锡青铜的合金硬度需进一步提高。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供了一种既具有环保性能，又能在较大程度上提高硬度的高铁机车用碳化硅锑锡锌铜复合材料。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于高铁机车的碳化硅锑锡锌铜复合材料，包含如下按质量百分比计的组分:粒径大于100微米而小于200微米的碳化硅：1～2％，锑：0.5～1％，锡：3～4.5％，锌：4～5.5％,电解铜：余量。
进一步，包含如下按质量百分比计的组分：粒径大于100微米而小于200微米的碳化硅：1.5％，锑：0.6％，锡：4％，锌：5％,电解铜：余量。
进一步，包含如下按质量百分比计的组分：粒径大于100微米而小于200微米的碳化硅：1.2％，锑：0.8％，锡：3.5％，锌：4.5％,电解铜：余量。
进一步，包含如下按质量百分比计的组分：粒径大于100微米而小于200微米的碳化硅：1.8％，锑：0.9％，锡：4.3％，锌：5.3％,电解铜：余量。
本发明还提供一种制备用于高铁机车的碳化硅锑锡锌铜复合材料的方法，其特征在于：包含如下步骤：
1)、按照配比将锑、锡﹑锌、电解铜置于中频电炉内，加热至1100度～1200度，熔炼时间为2～2.5小时；同时用耐高温石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌，合金完全熔化后保温至1080度，保温静置时间为20～25分钟；
2)、将筛选完成后的粒径大于100微米而小于200微米的碳化硅颗粒添加到保温完成的合金溶液当中，并开启搅拌装置，搅拌速率为350～400转/分钟，搅拌时间为25～30分钟；
3)、在搅拌完成的溶液上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，并继续保温；
4)、保温时间10～15分钟后，重新升温至1200度，并开启中频电炉的振动装置，用水平连铸方法铸造成直径15～200毫米,长度为2000毫米的实心合金棒材；
5)、完成的合金棒材采用连续式退火炉进行降温退火，退火时间为30～40分钟；
6)、将退火好的合金棒在常温下冷却10～15分钟后，放入盐水中进行进一步冷却，使其硬度进一步提升；
7)、按照相应需求，采用高精度车床对完成冷却的合金棒进行表面处理，直径公差为+/-0.03毫米,长度定尺为1000毫米,公差为+1/-0毫米；
8)、包装并入库。
进一步，所述步骤3)中，石墨粉的覆盖厚度为10～15厘米。
进一步，所述步骤4)中，振动的频率为2次/秒。
进一步，所述步骤5)中，退火的温度为200～250度。
进一步，所述步骤6)中，盐水的浓度为5％。
本发明的优点及有益效果为：碳化硅锑锡锌铜的复合材料具有纯度高、粒径小、分布均匀、比表面积大、表面活性高、松装密度低、具有极好的力学、热学、电学和化学性能，即具有高硬度、高耐磨性和良好的自润滑、高热传导率、低热膨胀系数及高温强度大等特点。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种用于高速铁路机车的碳化硅锑锡锌铜的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)、按照锑:0.6％，锡:4％，锌:5％,电解铜:余量的质量百分比，配置原料，并置于中频电炉内，加热至1100度～1200度，熔炼时间为2～2.5小时；同时用耐高温石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌，合金完全熔化后保温至1080度，保温静置时间为20～25分钟。
2)、将筛选完成后的粒径大于100微米而小于200微米的碳化硅颗粒：1.5％，以质量百分比计，添加到保温完成的合金溶液当中，并开启搅拌装置，搅拌速率为350～400转/分钟，搅拌时间为25～30分钟。
3)、在搅拌完成的溶液上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度约为10～15厘米，并继续保温。
4)、保温时间10～15分钟后，重新升温至1200度，并开启中频电炉的振动装置，振动频率为2次/秒，用水平连铸方法铸造成直径15～200毫米,长度为2000毫米的实心合金棒材。
5)、完成的合金棒材采用连续式退火炉进行200～250度的降温退火，退火时间为30～40分钟。
6)、将退火好的合金棒在常温下冷却10～15分钟后，放入浓度为5％的盐水中进行进一步冷却，使其硬度进一步提升。
7)、按照相应需求，采用高精度车床对完成冷却的合金棒进行表面处理，直径公差为+/-0.03毫米,长度定尺为1000毫米,公差为+1/-0毫米。
8)、包装并入库。
实施例2
实施例2与实施例1仅仅在原料配比方面是不同的，其他方面是相同的。因此，以下将仅就不同之处进行说明。
本实施例2不同于实施例1之处仅在于：步骤1)中按照锑：0.8％，锡：3.5％，锌：4.5％,电解铜：余量的质量百分比，配置原料，并将其置于中频电炉内。
步骤2)中将筛选完成后的粒径大于100微米而小于200微米的碳化硅：1.2％，以质量百分比计，添加到保温完成的合金溶液当中。
实施例3
实施例3与实施例1仅仅在原料配比方面是不同的，其他方面是相同的。因此，以下将仅就不同之处进行说明。
本实施例3不同于实施例2之处仅在于：步骤1)中按照：锑：0.9％，锡：4.3％，锌：5.3％,电解铜：余量的质量百分比，配置原料，并将其置于中频电炉内。
步骤2)中将筛选完成后的粒径大于100微米而小于200微米的碳化硅：1.8％，以质量百分比计，添加到保温完成的合金溶液当中。
表1：本发明复合材料材料性能与传统锡青铜性能对比表
基于上述实施例，经过试验，以上所述合金棒不仅环保，其合金硬度和抗拉强度都得到大幅提高。如表1所示，传统加铅高锡青铜合金棒的合金硬度为70～80HBS(布氏硬度)，抗力强度为250兆帕，本发明碳化硅锑锡锌铜的复合材料的合金硬度可以大幅提升至130～160HBS(布氏硬度)，抗力强度为390兆帕。
以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。