[发明专利]次纳米级微珠增强高铝锌基合金复合材料及其制备工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及一种次纳米级微珠增强高铝锌基合金复合材料及其制备工艺。

背景技术：

已开发的ZA30耐磨锌基合金作为一种新型耐磨合金，它的综合力学性能(抗拉强度、延伸率、硬度、冲击值)、物理性能(比重、摩擦系数)、使用性能(耐磨性能、跑合性能、自润滑性能、抗粘着性能、减振性能)及切削性能均明显地优于锡青铜，但线膨胀系数稍高于锡青铜，并其综合力学性能仍低于高强青铜和高强黄铜。

发明内容：

本发明的目的是提供一种扩大高铝锌基合金替代铜合金的应用范围的次纳米级微珠增强高铝锌基合金复合材料及其制备工艺。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

次纳米级微珠增强高铝锌基合金复合材料，即ZA30/CS，其中ZA30为高铝锌基合金基体、CS为次纳米级微珠增强体，ZA30的组成包括：铝、铜、镁、钛、钴，微珠向基体合金中加入量为1～6％wt，所述的铝Al的重量份数为30.0-35.0，所述的铜CU的重量份数2-5，所述的镁Mg的重量份数为0.01-0.02，所述的钛Ti的重量份数为0.01-0.03，所述的钴CO的重量份数为0.01-0.05，其余为锌Zn。

所述的次纳米级微珠增强高铝锌基合金复合材料，采用空心微珠CS作为增强体，该增强体CS的组成为氧化硅SiO₂、氧化铝Al₂O₃，所述的氧化硅SiO₂的重量份数为65，所述的氧化铝Al₂O₃的重量份数为32；该增强体CS的粒经为100-500nm。

次纳米级微珠增强高铝锌基合金复合材料的制备工艺，熔配ZA30合金加热到规定温度，在金属液面撒入微珠后搅拌金属液，微珠混入金属液，金属液迅速升温到浇注温度后挤压铸造，其中搅拌速度为400～600r/min、搅拌时间为3～30min、搅拌温度为375～420℃、粒子预热温度300～400℃，经高温焙烧的粒子再经预热60min，以去除气体、水分，微珠向基体合金中加入量为1～6％wt。

所述的次纳米级微珠增强高铝锌基合金复合材料的制备工艺，所述的挤压铸造分液态挤压成形或半固态挤压成形。

所述的次纳米级微珠增强高铝锌基合金复合材料的制备工艺，所述的液态挤压成形是配制好的ZA30/CS复合材料，在浇注温度550～620℃下保温、挤压铸造(模具温度130～150℃、铸型喷涂、充型速度、保压压力)、铸件清整及验收，，比压为60～320MPa、保压时间为40～60s；

所述的半固态挤压成形是配制ZA30/CS，加热到浇注温度430℃、浇注成铸锭、将铸锭切分成小段、将每一切分小段加热到指定温度、再将切分小段放入压机模具中挤压，模具的温度是130～150℃，比压为60～320MPa、保压时间为20～30s。

所述的次纳米级微珠增强高铝锌基合金复合材料的制备工艺，所述的挤压铸造是采用挤压机将金属液浇入压室，上压头挤压，挤压速度10~30mm/sec，挤压压力60~320MPa，由上压头回程直接将铸件带出。

这个技术方案有以下有益效果：

1.本材料综合力学性能、耐磨性能明显提高；热膨胀系数降低，这样可以显著地扩大高铝锌基合金替代铜合金的应用范围。

2.本发明采用液态及半固态挤压铸造，消除了铸造缺陷，铸件性能可接近或达到锻件水平。

3.本发明采用液态及半固态挤压成形技术，铸件尺寸精度可达到CT4～CT6；表面粗糙度达到Ra＝0.8～3.2μm(压铸件水平)，可以实现近净成形，减少或无需机械加工。

4.本发明挤压铸造在成形过程中金属液自始自终承受等静压，并在压力作用下，发生流变成形、结晶凝固；已凝固的金属在压力作用下发生微量的塑性变形，并使铸件外侧紧贴金属模壁，铸件冷却速度快，使铸件组织致密、晶粒细化，偏析减少、消除气孔；固-液区在压力作用下发生强制性的补缩，从而消除铸件内的缩孔、缩松之类的铸造缺陷，以提高铸件的力学性能及其它性能。