[发明专利]矿用通风机零件摩擦无火花铸造铝合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸造铝合金材料，特别是一种矿用通风机等零件的摩擦无火花安全型铸铝合金材料。

背景技术

矿用通风机、携带式电钻、风煤钻、电气设备外壳等，用铝合金制造的零件曾因撞击或摩擦产生火花引起多起事故。因而国外发达国家对轻合金材料在矿井中应用的安全问题早就进行了研究，但至今尚未获得突破性进展。目前，许多国家在煤矿井下或者在具有沼气危险的采掘工作面300m以内，已禁止使用轻合金制造的设备。我国也曾对矿用轻合金材料的使用做了严格的规定：由于轻合金材料(如ZL401 GB/T1173-1995)冲击或摩擦产生的火花最容易引燃瓦斯气体发生爆炸事故，因此禁止使用轻合金材料制造矿用零件。

CN101285141公开了“一种矿用零件的铸造铝合金材料”，按重量百分比计，它的组分及其配比为：Zn 1.0～2.5％，Cu 3.0～5.5％，  Cr 0.1～0.3％，Ti 0.1～0.2％，Be 0.02～0.05％，  Sr 0.01～0.03％，Mn 0.3～0.8％，Rx 2.5～4.5％，Si≤1.5％，Mg≤0.5％，Fe≤0.5％，余量Al。这种铸造铝合金材料虽然具有摩擦火花安全性好等优点，但材料组分太多，不仅成本高，而且配料复杂，冶炼操作困难，并含有不确定的Rx元素，无法实现。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺点，提供一种矿用通风机零件摩擦无火花铸造铝合金，解决冶炼操作困难、成本高、无法实现的问题。本发明不仅具有摩擦火花安全性好的优点，而且材料组分少，成本低，配料简单，便于实施。

本发明是通过以下技术方案实现的：

矿用通风机零件摩擦无火花铸造铝合金，按重量百分比计，该铝合金材料的组分及其配比为：Zn 1.0～2.5％，Cu 2.5～6.0％，Cr 0.1～0.3％，Ti 0.1～0.15％，Mn 0.3～0.8％，Re(稀土元素)2.5～4.5％，Si≤1.5％，Mg≤0.5％，Fe≤0.5％，余量Al。

所述Zn、Cu、Cr、Ti、Mn元素，是为了提高铝合金的铸造性能和机械性能而添加的少量合金元素。所述稀土元素Re，是为了有效地抑制铝合金在撞击摩擦时火花发生的添加剂。所述Si、Mg、Fe为杂质。

所述的铸造铝合金材料的组分及其较佳重量百分比为：

Cu 3.5％，Zn 2.0％，Cr 0.2％，Ti 0.15％，Mn 0.5％，Re 3.5％，Al余量。

下面简要介绍本发明的实验过程：

本发明进一步研究了铝合金化学元素对撞击摩擦产生火花的影响，经过仔细地成分筛选和工艺性能试验，研制了矿用通风机零件摩擦无火花铸造铝合金。试验证明所述铸造铝合金材料较现有技术省去了一些元素，但其仍然具有摩擦火花安全性好的优点，安全性能明显优于普通铸造铝合金。

铸造铝合金都是多元合金，为了弄清每种铝合金元素对摩擦火花的影响，有必要从二元合金来研究其安全性。

铸造铝合金按其合金所合化学元素的不同可以分为四大组，即：

(a)AL-Si铸造合金，(b)AL-Mg铸造铝合，(c)AL-Zn铸造合金，(d)Al-Cu铸造合金。

矿用通风机零件摩擦火花安全型铸造铝合金新材料化学元素的筛选试验：

为了考察Si、Cu、Mg、Zn四种化学元素对产生火花的影响，将Si、Cu、Mg和Zn由含量1-15％分别注入铝中，然后浇铸成试块进行冲击或摩擦试验。试验用的Si、Cu、Mg、Zn纯度均大于99.99％，铝为99.995％的高纯铝。

试验用试块的配制是在电阻炉中进行的，在预热好的纯石墨坩埚中按配件计算的纯Zn、纯Cu、纯Si分别和Al同时加入，升温熔化，控制温度在730～740℃范围内，待金属全部熔化后，用石墨棒搅拌均匀，纯Mg是Al熔化后，先加入覆盖剂，然后再加入纯Mg，控制温度为730℃，精炼5～8min，然后静置10min，扒渣后浇注成试块，分别进行高速冲击和自由落锤试验。

从高速试验观察可以得出，因纯Al太软，塑性好，故弹丸冲击到锈钢板上只有冲击变形，很少发生摩擦，因此产生的火花较少。从而通过此次试验结果，可以得知火花的产生主要由于摩擦所致，但也与冲击有一定的关系。Al-Zn合金高速冲击时，火花产生次数最少，其次是Al-Cu合金，当Cu含量小于9％时，产生火花次数较少，大于9％后火花即大量产生；Al-Si合金当Si含量大于2％时火花产生次数开始增多；安全性能最差的Al-Mg合金，Mg含量在1％时，即有大量火花产生。