一种高速机车齿轮用高强度纳米级碳化硅铜基复合合金新材料的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铜基复合合金材料，特别是涉及一种高速机车齿轮用高强度纳米级碳化娃铜基复合合金新材料。
【背景技术】
[0002]纳米碳化娃(SiC)是一种通过一定的技术条件，在普通碳化娃材料的基础上制备出的一种纳米材料。纳米碳化硅(SiC)具有纯度高、粒径小、分布均匀、比表面积大、高表面活性、松装密度低，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。
[0003]国标铜合金(ZCuSnltJPb1)材料是一种多用途的锡青铜材料，由于硬度高、耐磨性极好、不易产生咬死现象、有较好的铸造性能和可切削性、在大气和淡水中有良好耐蚀性，因此主要用于如制造高负荷(20MPa以下)和高滑动速度(8m/s)下工作的耐磨零件，例如连杆、衬套、轴瓦、齿轮、涡轮等。但是随着我国高速铁路的迅速发展，铜合金(ZCuSnwPb1)材料在满足高速机车零部件的制造要求的同时，需要提高其相应的强度，以减少其在一定时间段的磨损量，从而提高其使用年限，减少更换零部件频率，降低相应的运行成本，节约资源。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有更高的强度、硬度、耐磨性以及耐腐蚀性的高速机车齿轮用高强度纳米级碳化硅铜基复合合金新材料，延长在高速铁路机车用齿轮中的使用寿命。
[0005]为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下:
[0006]—种高速机车齿轮用高强度纳米级碳化硅铜基复合合金新材料，铜基复合合金新材料的成分包含纳米级碳化娃(SiC)和铜合金(ZCuSnltJPb1)，其中，铜基复合合金新材料的各成分组成按体积百分比分别为:纳米级碳化硅(SiC):4-6%，铜合金(ZCuSnwPb1):94-96%。
[0007]进一步地，铜基复合合金新材料的各成分组成按体积百分比分别为:纳米级碳化硅(SiC):4.5-5.5%，铜合金(ZCuSn10Pb1):94.5-95.5%。
[0008]进一步地，纳米级碳化娃(SiC)是通过已知的方法制得，纳米级碳化娃(SiC)的粒径在10 μ m-100 μ m范围内。
[0009]进一步地，铜合金(ZCuSn10Pb1)的铸造是按照国标GB/T 1176-2013的标准。
[0010]一种上述高速机车齿轮用高强度纳米级碳化硅铜基复合合金新材料的制备方法，包含以下步骤:
[0011]步骤1:将电解铜、磷铜合金、锡锭按照重量比例放入电炉中熔炼；
[0012]步骤2:采用斯派克直读光谱仪对熔炼完成的铜合金(ZCuSn10Pb1)液体进行成分检测；
[0013]步骤3:将纳米级碳化娃(SiC)粉体放入检验合格的铜合金(ZCuSnltJPb1)液体的表面，开启工频电炉的震动装置并用石墨棒进行搅拌以均匀混合，然后进一步升高温度到保持温度并在保持温度下保持；
[0014]步骤4:保温与铸造，将熔炼完成的铜基复合合金新材料进行保温，采用连续铸造的方式将铜基复合合金新材料铸造成铜基复合合金新材料棒材；
[0015]步骤5:将铸造完成的铜基复合合金新材料棒材进行表面车加工处理，并按照出厂标准包装。
[0016]进一步地，步骤I中的熔炼温度为1150°C -1200°C，熔炼时间为5_6小时。
[0017]进一步地，步骤3中的保持温度为1300°C -1400°C，保持时间为50_60分钟。
[0018]进一步地，步骤4中的保温时间为10-15分钟，铸造温度为1100°C _1150°C。
[0019]本发明的高速机车齿轮用高强度纳米级碳化硅铜基复合合金新材料，将纳米碳化硅(SiC)材料通过一定的技术手段均匀分布在现有的铜合金(ZCuSnwPb1)材料中，利用纳米级碳化硅(SiC)高硬度、高耐磨性和良好的自润滑及高温强度大的性能，实现铜合金(ZCuSn10Pb1)材料的性能的进一步提升。本发明的高速机车齿轮用高强度纳米级碳化硅铜基复合合金新材料具有比现有的铜合金(ZCuSnwPb1)更高的强度、硬度、耐磨性以及耐腐蚀性，从而延长在高速铁路机车用齿轮中的使用寿命。
【具体实施方式】
[0020]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0021]本发明提供的高速机车齿轮用高强度纳米级碳化硅铜基复合合金新材料，铜基复合合金新材料的成分包含纳米级碳化娃(SiC)和铜合金(ZCuSnltJPb1)，其中，铜基复合合金新材料的各成分组成按体积百分比分别为:纳米级碳化硅(SiC):4-6%，铜合金(ZCuSn10Pb1):94-96%。纳米级碳化娃(SiC)是通过已知的方法制得，纳米级碳化娃(SiC)的粒径在10 μ m-100 μ m范围内。铜合金(ZCuSn10Pb1)的铸造是按照国标GB/T1176-2013的标准。
[0022]本发明提供的高速机车齿轮用高强度纳米级碳化硅铜基复合合金新材料的制备，包含以下步骤:
[0023]步骤1:按照国标GB/T 1176-2013的标准及铜合金(ZCuSn10Pb1)的化学成分要求将电解铜、磷铜合金、锡锭按照重量比例放入电炉中熔炼，熔炼期间根据熔炉的体积大小控制铜合金(ZCuSn10Pb1)液体体积在熔炉体积的90%以下，熔炼温度为1150°C _1200°C，熔炼时间为5-6小时。
[0024]步骤2:采用斯派克直读光谱仪对熔炼完成的铜合金(ZCuSn10Pb1)液体进行成分检测，以确定铜合金(ZCuSnltJPb1)液体的化学成分在国标要求范围之内。
[0025]步骤3:将纳米级碳化娃(SiC)粉体放入检验合格的铜合金(ZCuSnltJPb1)液体的表面，开启工频电炉的震动装置并用石墨棒进行搅拌以均匀混合，进一步升高温度到1300 0C -1400 °C 并保持 50-60 分钟。
[0026]步骤4:保温与铸造，将熔炼完成的铜基复合合金新材料保温10-15分钟，采用连续铸造的方式将铜基复合合金新材料铸造成铜基复合合金新材料棒材，铸造温度为IlOO0C -1150。。；
[0027]步骤5:将铸造完成的铜基复合合金新材料棒材进行表面车加工处理，并按照出厂标准包装。
[0028]实施例一:
[0029]按体积百分比为:纳米级碳化娃(SiC):4%，铜合金(ZCuSnltJPb1):96%准备原料。其中纳米级碳化娃(SiC)是通过已知的方法制得，纳米级碳化娃(SiC)的粒径为10 μ m。铜合金(ZCuSnwPb1)的铸造是按照国标GB/T 1176-2013的标准。
[0030]首先，按照国标GB/T 1176-2013的标准及铜合金(ZCuSn10Pb1)的化学成分要求将电解铜、磷铜合金、锡锭按照重量比例放入电炉中熔炼，熔炼期间根据熔炉的体积大小控制铜合金(ZCuSnwPb1)液体体积在熔炉体积的90%以下，熔炼温度为1150°C，熔炼时间为5小时。
[0031]接着，采用斯派克直读光谱仪对熔炼完成的铜合金(ZCuSnwPb1)液体进行成分检测，以确定铜合金(ZCuSnltJPb1)液体的化学成分在国标要求范围之内。
[0032]接着，将纳米级碳化娃(SiC)粉体放入检验合格的铜合金(ZCuSnltJPb1)液体的表面，开启工频电炉的震动装置并用石墨棒进行搅拌以均匀混合，进一步升高温度到1300°C并保持50分钟。
[0033]接着，保温与铸造，将熔炼完成的铜基复合合金新材料保温10分钟，采用连续铸造的方式将铜基复合合金新材料铸造成铜基复合合金新材料棒材，铸造温度为IlOOcC ;
[0034]最后，将铸造完成的铜基复合合金新材料棒材进行表面车加工处理，并按照出厂标准包装。
[0035]制备的高速机车齿轮用高强度纳米级碳化硅铜基复合合金新材料的强度、硬度、耐磨性以及耐腐蚀性均高于铜合金(ZCuSnwPb1)材料，并且在高速铁路机车用齿轮中的使用寿命延长，更换频率由4万公里提升到6.1万公里。
[0036]实施例二:
[0037]按体积百分比为:纳米级碳化硅(SiC):4.5%，铜合金(ZCuSn10Pb1):95.5%准备原料。其中纳米级碳化娃(SiC)是通过已知的方法制得，纳米级碳化娃(SiC)的粒径为30μπι。铜合金(ZCuSn10Pb1)的铸造是按照国标GB/T 1176-2013的标准。
[0038]首先，按照国标GB/T 1176-2013的标准及铜合金(ZCuSn10Pb1)的化学成分要求将电解铜、磷铜合金、锡锭按照重量比例放入电炉中熔炼，熔炼期间根据熔炉的体积大小控制铜合金(ZCuSn10Pb1)液体体积在熔炉体积的90%以下，熔炼温度为1180°C，熔炼时间为5.5小时。
[0039]接着，采用斯派克直读光谱仪对熔炼完成的铜合金(ZCuSnwPb1)液体进行成分检测，以确定铜合金(ZCuSnltJPb1)液体的化学成分在国标要求范围之内。
[0040]接着，将纳米级碳化娃(SiC)粉体放入检验合格的铜合金(ZCuSnltJPb1)液体的表面，开启工频电炉的震动装置并用石墨棒进行搅拌以均匀混合，进一步升高温度到1320°C并保持56分钟。
[0041]接着，保温与铸造，将熔