[发明专利]耐高温低膨胀锌基耐磨合金

说明书

本发明涉及一种耐高温低膨胀锌基耐磨合金及其制造方法。

目前，锌基合金已成为一种重要的减摩材料和模具材料。已公开的锌基合金如CN1039066A、CN1046563A、CN1045131A、CN1070231A、CN1079994A、CN1091475A、CN1102217A，它们均是在锌基合金ZA27的基础上添加重量百分数为0～3.5％Si，0.01～0.08％Ca，0.5～5.0％Pb，0.010～0.06％Ti，0.01～0.3％Co，0.01～0.3％Re和0.003～0.03％B等元素的一种或数种，改善和提高合金的强度和耐磨性。ZA27合金的成分(重量百分数)为：铝25.0～26.0％；铜2.0～2.5％；镁0.01～0.02％，见美国材料试验协会标准ASTM B669(1984)。但是上述锌基合金(CN1039066A，高强韧低膨胀锌基耐磨合金除外)都具有下列不可克服的缺点：第一，合金的耐磨硬质点较少，耐磨性差；特别是合金的高温性能差，仅能在工作温度低于120℃条件下使用。当工作温度大于120℃时，合金的抗拉强度已下降到室温的50％，不能满足在高温以及润滑失效等恶劣环境下工作的减摩零件和模具的使用要求。第二，合金的热膨胀系数大，高达26～28×10^-6℃^-1，不能用来制造尺寸稳定性高的减摩零件和模具。CN1039066A，高强韧低膨胀锌基耐磨合金，虽然热膨胀系数较低，为19.2×10^-6℃^-1，但是它也仅能在低于120℃条件下工作。

本发明的目的是针对上述锌基合金性能的缺点，提供一种在100℃～200℃范围内具有高抗拉强度、良好耐磨性能和低热膨胀系数的锌基耐磨合金及其制造方法。

本发明的耐高温低膨胀锌基耐磨合金的成分(重量百分数)为：铝22～32％；铜1.0～4.0％；镁0.1～1.5％；钙0.5～2.0％；锆0.02～0.09％；铪0.05～0.15％；陶瓷颗粒1.0～10.0％；锌为余量。

在本发明的耐高温低膨胀锌基耐磨合金中，加入陶瓷颗粒是提高合金高温强度和耐磨性以及降低合金热膨胀系数的重要手段。陶瓷颗粒是刚玉、碳化硅、硼砂和氧化锌中的任一种或它们的混合物，尺寸为10～200微米，在使用前进行900～1400℃焙烧处理。陶瓷颗粒在合金中均匀分布，减小铸态组织的枝晶间距和成分偏析，使合金的成分更为均匀，同时也是合金中的耐高温相和耐磨硬质点，因此加入陶瓷颗粒显著提高合金的高温强度和耐磨性，能够满足用该合金制造的减摩零件和模具在高温以及润滑失效等恶劣环境下工作时的使用要求。陶瓷颗粒的热膨胀系数低，在0～100℃范围内为4.7～8.0×10^-6℃^-1，它们加入到合金中，有效地降低合金的热膨胀系数，因此可以用该合金制造尺寸稳定性高的减摩零件和模具。

在本发明的耐高温低膨胀锌基耐磨合金中，加入镁、钙、锆和铪元素是使陶瓷颗粒在加入到合金熔液的过程中能够被液态合金浸润的必要条件。镁、钙、锆和铪成分在所说的含量内，能有效的降低陶瓷颗粒与液态合金的界面张力，使陶瓷颗粒能够完全被液态合金所浸润，因此陶瓷颗粒能够与液态合金充分接触并且均匀分布于合金熔液中。低于此含量上述作用不明显，高于此含量合金易发生热裂，铸造成型困难。

本发明的耐高温低膨胀锌基耐磨合金的制造方法是，首先按下列成分(重量百分数)配料：铝22～32％；铜1.0～4.0％；镁0.1～1.5％；钙0.5～2.0％；锆0.02～0.09％；铪0.05～0.15％；陶瓷颗粒1.0～10.0％；锌为余量，以铝铜中间合金和铝锆中间合金加入铜和锆。熔炼时先将50-85％的锌、铝铜中间合金和铝锆中间合金熔化，然后用钟罩压入法加入钙、镁和铪，再加入剩余15-50％的锌。将已焙烧后的陶瓷颗粒加热到550-850℃，合金熔液温度调整到500-750℃，加入陶瓷颗粒。在加入陶瓷颗粒过程中，用机械力或电磁力或超声波搅拌合金熔液，使陶瓷颗粒均匀分布于合金熔液中，最后用重力铸造或压力铸造或挤压铸造方法铸造成型。