一种内生长硅增强锌基耐磨材料制备方法技术

本发明专利技术公开了一种内生长硅增强锌基耐磨材料制备方法，包括如下步骤：A1、清炉，并预热坩埚及熔炼工具，涂刷保护涂料；A2、配料；A3、装料入炉；A4、加热升温熔化；A5、用钟罩将预热到200℃的熔剂加入，并立即用钟罩将熔剂压入熔池的下半部；A6、精炼剂分2-3次用钟罩压入合金液内进行精炼10-15分钟，缓慢在炉内绕圈；A7、用复合变质剂进行变质处理；变质完成后，加入除渣剂并进行搅拌，然后静置；A8、浇注零件或坯料。浇注后的零件或坯料在凝固过程中，内生长结晶析出增强相硅颗粒，获得硅颗粒形状规则、尺寸细小、分布均匀、组织致密的内生长硅增强锌基耐磨材料零件或坯料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于材料

技术介绍
锌合金具有优良的铸造性能、优良的力学性能和良好的耐磨、减摩性能。我国铜资源缺乏，在工业领域用锌合金代替铜合金具有显著的资源效益和经济效益。但是，通用的锌合金熔点低，尺寸稳定性差，高温性能较低，在使用温度超过100°c时合金的性能急剧下降， 用其作为耐磨材料替代铜合金受到限制。目前，现有的耐磨锌基合金材料的制备方法主要有以下几种1、固态复合法。固态复合法主要采取粉末冶金工艺，通过混料、压坯、烧结、二次加工获得耐磨锌合金或锌合金基复合材料。该方法缺点是难以制备较大尺寸的耐磨材料零件，而且材料内有一定的气孔，体系中各组分之间相容性差，性能受到影响。2、液态或半固态复合法。液态或半固态复合法是将锌合金加热到熔化状态，在搅拌液态熔体或半固态浆料过程中，加入增强相颗粒，获得锌合金基复合材料。该方法缺点是增强体与基体金属在物理、化学性能方面的差异较大，搅拌过程中气体卷入较多，铸件缺陷较多，力学性能难以保证。3、喷射沉积复合法。喷射沉积复合法是利用高压气体将锌合金通过特定喷嘴形成一定直径的雾化液滴状态，同时向雾化液滴喷射增强相颗粒，在雾化室中形成锌合金基复合材料坯料，然后进行二次加工成形。该方法缺点是坯料中气孔多，制造设备复杂，制造成本高，零件结构形状受到限制。4、原位自生陶瓷颗粒法。原位自生陶瓷颗粒法是采用外加元素与基体之间发生化学反应生成高熔点陶瓷增强相，形成复合材料，以提高耐磨性能。该方法缺点是需要较高的反应温度，而且涉及一系列复杂的化学反应、热力学反应等，在实际生产中难以控制，对锌合金这种低熔点、易氧化的金属不是最佳选择。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术不足提供。，包括如下步骤Al、先对坩埚电阻炉进行清炉，并预热坩埚及熔炼工具到约280°C -320°C，在熔炼工具及坩埚表面涂刷保护涂料；A2、清理和预热炉料，配料所述配料包括合金配料、精炼剂、复合变质剂、熔剂、除渣剂；合金配料按照重量百分比40%金属铝，1.5% -6.0%硅，2. 5%金属铜，0.02%金属镁，其余是金属锌；A3、装料入炉，装料的顺序为依次加入步骤A2配备的金属铝、金属铜、硅、金属锌、金属镁；A4、炉料装好之后，加热升温熔化；待炉料全部熔化后，除渣并搅拌合金液；A5、温度达到680°C时，保温1_3分钟，用钟罩将预热到200°C的熔剂加入，并立即用钟罩将(85% NaF+15% Na3AlF6)熔剂压入熔池的下半部，缓慢回转和移动3_5分钟；A6、升温到710-730°C，用占炉料总质量0. 3% -0.5% C2Cl6精炼剂，分2-3次用钟罩压入合金液内进行精炼10-15分钟，缓慢在炉内绕圈；A7、精炼结束后，在730°C时，用占炉料总质量的3% 的复合变质剂进行变质处理，变质时间20分钟；变质完成后，加入除渣剂并进行搅拌，然后静置5-10分钟；A8、温度达到700°C _750°C时扒渣出炉，进行浇注零件或坯料。所述的内生长硅增强锌基耐磨材料制备方法，所述精炼剂为占合金总重量 0. 3% -0. 5%的 C2C16。所述的内生长硅增强锌基耐磨材料制备方法，所述复合变质剂用量为合金总重量的3% _4%，所述复合变质剂由重量比为20%的P、70%的KCl、10%&K2TiF6组成。所述的内生长硅增强锌基耐磨材料制备方法，所述熔剂用量为合金总重量的 2% _3%，所述熔剂由重量比为85%的NaF和15%的Na3AlF6组成。所述的内生长硅增强锌基耐磨材料制备方法，所述除渣剂用量为合金总重量的 2% -3%,所述除渣剂由重量比为60%的Na2SiF6、40%的C2Cl6组成。浇注后的零件或坯料在凝固过程中，内生长结晶析出增强相硅颗粒，获得硅颗粒形状规则、尺寸细小、分布均勻、组织致密的内生长硅增强锌基耐磨材料零件或坯料。附图说明图1是内生长硅增强锌基耐磨材料的金相显微组织；图2是内生长硅增强锌基耐磨材料断口形貌特征；图3是内生长硅增强锌基耐磨材料X衍射图谱。具体实施例方式以下结合具体实施例，对本专利技术进行详细说明。本实施例提供，包括如下步骤Al、先对坩埚电阻炉进行清炉，并预热坩埚及熔炼工具到约280°C _320°C，在熔炼工具涂刷保护涂料为15 %滑石粉+3 %水玻璃+82 %水，在坩埚表面涂刷保护涂料为90 % CaC03+9%水玻璃+1%水。A2、清理和预热炉料，进行配料计算一是内生长硅增强锌基耐磨材料合金配料按照40%金属铝，1. 5% -6. 0%硅，2. 5%金属铜，0. 02%金属镁，其余是金属锌。二是配制占合金总量 0. 3% -0. 5%的(2(16 精炼剂、3% -4%的(20% P+70% KCl+10% K2TiF6)复合变质剂、2% -3% 的(85% NaF+15% Na3AlF6)熔剂，2% -3% (60% Na2SiF6+40% C2Cl6)除渣剂。A3、装料入炉，装料的顺序为金属铝，金属铜，硅，金属锌、金属镁等。A4、炉料装好之后，加热升温熔化。待炉料全部熔化后，除渣并搅拌合金液。A5、温度达到680°C时保温1_3分钟，用钟罩将预热到200°C的(85% NaF+15%Na3AlF6)熔剂加入，并立即用钟罩将(85% NaF+15^Na3Alig熔剂压入熔池的下半部，缓慢回转和移动3-5分钟。A6、升温到710-730°C，用占炉料总质量0. 3% -0. 5%的C2Cl6精炼剂，分2-3次用钟罩压入合金液内进行精炼10-15分钟，缓慢在炉内绕圈。A7、精炼结束后，在730 °C时，用占炉料总质量的3 % -4 %的(20 % P+70 % KCl+10% K2TiF6)复合变质剂进行变质处理，变质时间20分钟。变质完成后，加入(60% Na2SiF6+40% C2Cl6)除渣剂并进行搅拌，然后静置5_10分钟。A8、温度达到700°C _750°C的一定温度时扒渣出炉，进行浇注零件或坯料。浇注后的零件或坯料在凝固过程中，内生长结晶析出增强相硅颗粒，获得硅颗粒形状规则、尺寸细小、分布均勻、组织致密的内生长硅增强锌基耐磨材料零件或坯料。由图1可知，内生长硅增强锌基耐磨材料的金相显微组织特点是在锌合金基体上分布者均勻细小的颗粒状硅，颗粒状硅的平均尺寸约为20微米；锌合金基体组织由细密的树枝状富铝α相、细小的等轴状富锌Π相、少量细小的富铜ε相、致密的(α+ η)共析体组成。颗粒状硅的显微硬度平均为1330HV，富铝α相的显微硬度平均只有^5HV，硅增强锌基合金的金相显微组织具有在软基体上分布着细小硬质点的耐磨材料组织特点。内生长硅增强锌基耐磨材料的抗拉强度达到350MPa-452MPa，冲击韧性为4. 16J · cnT2-4. 76J · cnT2 ； 其耐磨性为锡青铜合金的1-3倍，其耐磨性为ZA40锌合金的1-2. 5倍。由图2可知，内生长硅增强锌基耐磨材料拉伸断口的扫描电子显微镜形貌特征表现为材料的断口表面比较平坦，锌合金基体区域的断裂以解理断裂为主，伴有少量的细小韧窝；颗粒状硅发生解理断裂，硅颗粒断面未发现裂纹，也未发现颗粒状硅从锌合金基体拔出留下坑窝的现象，断口中发亮的撕裂棱交汇的地方是最后断裂区，硅颗粒与锌合金基体结本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种内生长硅增强锌基耐磨材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：Ａ１、先对坩埚电阻炉进行清炉，并预热坩埚及熔炼工具到约２８０℃－３２０℃，在熔炼工具及坩埚表面涂刷保护涂料；Ａ２、清理和预热炉料，配料：所述配料包括合金配料、精炼剂、复合变质剂、熔剂、除渣剂；合金配料：按照重量百分比：４０％金属铝，１．５％－６．０％硅，２．５％金属铜，０．０２％金属镁，其余是金属锌；Ａ３、装料入炉，装料的顺序为：依次加入步骤Ａ２配备的金属铝、金属铜、硅、金属锌、金属镁；Ａ４、炉料装好之后，加热升温熔化；待炉料全部熔化后，除渣并搅拌合金液；Ａ５、温度达到６８０℃时，保温１－３分钟，用钟罩将预热到２００℃的熔剂加入，并立即用钟罩将熔剂压入熔池的下半部，缓慢回转和移动３－５分钟；Ａ６、升温到７１０－７３０℃，用占炉料总质量０．３％－０．５％的Ｃ２Ｃｌ６精炼剂，分２－３次用钟罩压入合金液内进行精炼１０－１５分钟，缓慢在炉内绕圈；Ａ７、精炼结束后，在７３０℃时，用占炉料总质量的３％－４％的复合变质剂进行变质处理，变质时间２０分钟；变质完成后，加入除渣剂并进行搅拌，然后静置５－１０分钟；Ａ８、温度达到７００℃－７５０℃时扒渣出炉，进行浇注零件或坯料。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑾，解念锁，
申请(专利权)人：陕西理工学院，
类型：发明
国别省市：61