[发明专利]一种铝锡镁基合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械合金化制备铝锡基轴承合金技术领域，具体涉及一种铝锡镁基合金的制备方法。

背景技术

随着汽车、家电等行业的高速发展及风能发电在全球的兴起，滑动轴承的需求量逐年剧增。Al-Sn系轴承合金具有质轻，比强度和抗疲劳强度高，导热性好及良好的耐腐蚀性、耐摩擦磨损等性能，受到了越来越多的关注。其中又以中锡铝合金的综合性能最佳，拥有良好的耐腐蚀、耐磨损和抗咬合性能。本发明中用到的Al-12％Sn即为典型的中锡铝合金。

Al-Sn系轴承合金的组织特点是硬基体上均匀分布软相，制造铝锡合金的关键在于得到的Sn相要尽可能的细小均匀且弥散分布在Al基体中，且获得综合力学性能较优异的合金基体。铝和锡为二元互不溶体系，采用铸造法制备的铝锡合金由于两组元密度的较大差极容易异导致严重的比重偏析，影响合金的摩擦学性能。将铸造法改进之后的搅拌铸造、失重铸造和快速凝固法等虽然能在不同程度上抑制比重偏析，但同时工序变得复杂化、能源消耗增多。粉末冶金法能制备Sn相均匀分布的Al-Sn合金，但晶粒在烧结过程中变得粗大，削弱了合金的各项性能。

机械合金化(MA)制备Al-Sn合金，是把Al粉和Sn粉在氩气气氛下进行高能球磨得到晶粒尺寸达纳米级别的粉末再进行压制烧结的工艺。机械合金化解决了传统粉末冶金法晶粒粗大的问题，但制得的MA粉末存在难压制难烧结的问题，同时，烧结后的样品硬度过高，与轴匹配困难。公开号为CN102134661A的专利中提出了一种机械合金化制备多尺度结构Al-Sn合金的方法，其关键之处在于将MA粉与普通球磨得到的粗晶粉体(SM)按一定的比例混合再压制烧结，得到的合金中晶粒尺寸在几十纳米到几微米之间，构成多尺度结构。这种工艺使合金的硬度变得可控，强度和摩擦磨损性能较纯MA合金也有所提高。但MA合金粉体颗粒表面的氧化程度严重，烧结后的致密度和强度依然较低，使得轴瓦制造过程中Al-Sn合金与钢背轧制复合困难，进而影响轴瓦的性能。

发明内容

为了在现有工艺的基础上，进一步大幅提高铝锡合金的强度，并解决其致密度较低的问题，本发明提供一种铝锡镁合金的制备方法，在铝锡合金中添加第三组元镁，通过利用第三组元镁改善合金烧结过程中冶金结合来实现提高合金各项性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

将Al粉体、Sn粉体球磨，制备出Al-Sn合金粉体；

将Al粉体、Sn粉体均匀混合，获得原始混合粉体；

将Mg粉体球磨，得到具有还原性Mg粉体；

将所述的Al-Sn合金粉体、原始混合粉体和还原性Mg粉体均匀混合，得到二次混合粉体；

将所述二次混合粉体直接冷压成型，得到生坯；将所述的生坯进行真空烧结，得到铝锡镁基合金。具体工艺步骤如下：

(1)将纯度≥99.9％、粒度为100～200目、质量比为88∶12的Al粉体、Sn粉体在氩气保护下进行球磨；球磨机转速为200rpm，球磨时间为40小时，得到Al-Sn合金粉体；

(2)将粒度为100～1000目、质量比为88∶12的Al粉体、Sn粉体均匀混合，得到原始混合粉体；

(3)将纯度≥99.9％、粒度为100～200目的Mg粉体在氩气保护下进行球磨；球磨机转速为250rpm，球磨时间为2小时，得到粒度均匀、具有还原性Mg粉体；

(4)将步骤(1)、(2)、(3)中所述Al-Sn合金粉体、原始混合粉体和还原性Mg粉体均匀混合，得到二次混合粉体；所述Al-Sn合金粉体与原始混合粉体分别按9∶1～3∶7的质量比配制，破碎后Mg粉体的质量为上述二次混合粉体总质量的0～1.6％；

(5)将所述二次混合粉体冷压成型，采用单轴向压制成块，压强为660～780MPa，得到压制后的生坯；

(6)所述压制后的生坯放入真空炉内烧结，先抽真空到0.005～0.08Pa，随后通入氩气，加热到100℃并保温1小时，然后升温到550～600℃并保温1小时，再随炉冷却即可得到铝锡镁基合金。

上述步骤(1)所述的Al-Sn合金粉体中Al粉体和Sn粉体的超细晶晶粒尺寸控制在40～90nm范围内，Al粉体、Sn粉体的颗粒尺寸控制在20μm。

上述步骤(2)中原始混合粉体中的Al粉体、Sn粉体颗粒尺寸控制在40μm，粗晶结构的晶粒尺寸在微米尺寸范围。

上述步骤(4)中二次混合粉体中Mg粉体的质量分数在0～1.6％范围内。