一種耐磨鋁合金材料及其製備方法與流程
2023-05-27 06:35:21
本發明涉及金屬材料技術領域，具體是一種耐磨鋁合金材料及其製備方法。
背景技術：
現有的金屬材料破壞有三種形式：即斷裂、腐蝕和磨損。材料磨損儘管不象另外兩種形式，很少引起金屬工件災難性的危害，但其造成的經濟損失卻是相當驚人的。據統計，由磨損造成的經濟損失，美國約500億美元/年，德國約300億馬克/年。我國每年因磨損造成球磨機磨球消耗近200萬噸，球磨機和各種破碎機襯板消耗近50萬噸，軋輥消耗近60萬噸，各種工程挖掘機和裝載機鬥齒、各種耐磨輸送管道、各種破碎機錘頭和顎板、各種履帶板消耗也超過50萬噸。在各類磨損中，磨料磨損又佔有重要的地位，在金屬磨損總量中佔50％以上，磨損是冶金、礦山、機械、電力、煤炭、石油、交通、軍工等許多工業部門普遍存在並成為引起設備失效或材料破壞的一個重要原因，也是造成經濟損失最多的問題之一。因此，研究和發展新型耐磨材料，以減少金屬磨損，對國民經濟有重要的意義。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種耐磨鋁合金材料及其製備方法，以解決上述背景技術中提出的問題。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
一種耐磨鋁合金材料，由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鐵8.55-9.12%、鎂6.49-6.82%、鎢1.54-1.78%、鎂0.25-0.61%、硼0.13-0.17%，餘量為鋁。
作為本發明進一步的方案：所述耐磨鋁合金材料，由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鐵8.79-9.03%、鎂6.66-6.80%、鎢1.63-1.75%、鎂0.46-0.57%、硼0.13-0.17%，餘量為鋁。
作為本發明進一步的方案：所述耐磨鋁合金材料，由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鐵8.86%、鎂6.74%、鎢1.70%、鎂0.52%、硼0.16%，餘量為鋁。
一種耐磨鋁合金材料的製備方法，具體步驟為：
按照鋁鋁合金材料中所需熔煉的元素，隨後將含各元素的純金屬粉末進行預熱到200℃，隨後放入電阻爐中進行熔煉，熔煉溫度為920-980℃，熔煉時間為51min，熔煉後轉移到中頻感應加熱爐精煉，精煉溫度為1354-1367℃，精煉後進行撈渣；最後澆注到預熱至320-360℃的模具中，脫模後即得。
作為本發明進一步的方案：具體步驟中熔煉溫度為950℃。
作為本發明進一步的方案：具體步驟中精煉溫度為1363℃。
作為本發明進一步的方案：具體步驟中最後澆注到預熱至340℃的模具中。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
本發明中所述耐磨鋁合金材料，由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鐵8.55-9.12%、鎂6.49-6.82%、鎢1.54-1.78%、鎂0.25-0.61%、硼0.13-0.17%，餘量為鋁；製備方法如下，按照鋁鋁合金材料中所需熔煉的元素，隨後將含各元素的純金屬粉末進行預熱到200℃，隨後放入電阻爐中進行熔煉，熔煉溫度為920-980℃，熔煉時間為51min，熔煉後轉移到中頻感應加熱爐精煉，精煉溫度為1354-1367℃，精煉後進行撈渣；最後澆注到預熱至320-360℃的模具中，脫模後即得。本發明製備的耐磨鋁合金材料，提高了合金耐磨性，其綜合性能優於常用的高鐵鋼、鎢鋼和鑄鋁，具有極高的性能價格比。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。
實施例1
一種耐磨鋁合金材料，由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鐵8.55%、鎂6.49%、鎢1.54%、鎂0.25%、硼0.13%，餘量為鋁。
一種耐磨鋁合金材料的製備方法，具體步驟為：
按照鋁鋁合金材料中所需熔煉的元素，隨後將含各元素的純金屬粉末進行預熱到200℃，隨後放入電阻爐中進行熔煉，熔煉溫度為920℃，熔煉時間為51min，熔煉後轉移到中頻感應加熱爐精煉，精煉溫度為1354℃，精煉後進行撈渣；最後澆注到預熱至320℃的模具中，脫模後即得。
實施例2
一種耐磨鋁合金材料，由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鐵8.79%、鎂6.66%、鎢1.63%、鎂0.46%、硼0.13%，餘量為鋁。
一種耐磨鋁合金材料的製備方法，具體步驟為：
按照鋁鋁合金材料中所需熔煉的元素，隨後將含各元素的純金屬粉末進行預熱到200℃，隨後放入電阻爐中進行熔煉，熔煉溫度為920℃，熔煉時間為51min，熔煉後轉移到中頻感應加熱爐精煉，精煉溫度為1354℃，精煉後進行撈渣；最後澆注到預熱至320℃的模具中，脫模後即得。
實施例3
一種耐磨鋁合金材料，由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鐵8.86%、鎂6.74%、鎢1.70%、鎂0.52%、硼0.16%，餘量為鋁。
一種耐磨鋁合金材料的製備方法，具體步驟為：
按照鋁鋁合金材料中所需熔煉的元素，隨後將含各元素的純金屬粉末進行預熱到200℃，隨後放入電阻爐中進行熔煉，熔煉溫度為950℃，熔煉時間為51min，熔煉後轉移到中頻感應加熱爐精煉，精煉溫度為1363℃，精煉後進行撈渣；最後澆注到預熱至340℃的模具中，脫模後即得。
實施例4
一種耐磨鋁合金材料，由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鐵9.03%、鎂6.80%、鎢1.75%、鎂0.57%、硼0.17%，餘量為鋁。
一種耐磨鋁合金材料的製備方法，具體步驟為：
按照鋁鋁合金材料中所需熔煉的元素，隨後將含各元素的純金屬粉末進行預熱到200℃，隨後放入電阻爐中進行熔煉，熔煉溫度為980℃，熔煉時間為51min，熔煉後轉移到中頻感應加熱爐精煉，精煉溫度為1367℃，精煉後進行撈渣；最後澆注到預熱至360℃的模具中，脫模後即得。
實施例5
一種耐磨鋁合金材料，由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鐵9.12%、鎂6.82%、鎢1.78%、鎂0.61%、硼0.17%，餘量為鋁。
一種耐磨鋁合金材料的製備方法，具體步驟為：
按照鋁鋁合金材料中所需熔煉的元素，隨後將含各元素的純金屬粉末進行預熱到200℃，隨後放入電阻爐中進行熔煉，熔煉溫度為980℃，熔煉時間為51min，熔煉後轉移到中頻感應加熱爐精煉，精煉溫度為1367℃，精煉後進行撈渣；最後澆注到預熱至360℃的模具中，脫模後即得。
對比例1
一種耐磨鋁合金材料，由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鐵8.86%、鎂6.74%、鎢1.70%，餘量為鋁。
一種耐磨鋁合金材料的製備方法，具體步驟為：
按照鋁鋁合金材料中所需熔煉的元素，隨後將含各元素的純金屬粉末進行預熱到200℃，隨後放入電阻爐中進行熔煉，熔煉溫度為950℃，熔煉時間為51min，熔煉後轉移到中頻感應加熱爐精煉，精煉溫度為1363℃，精煉後進行撈渣；最後澆注到預熱至340℃的模具中，脫模後即得。
對比例2
一種耐磨鋁合金材料，由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鐵8.86%、鎂0.52%、硼0.16%，餘量為鋁。
一種耐磨鋁合金材料的製備方法，具體步驟為：
按照鋁鋁合金材料中所需熔煉的元素，隨後將含各元素的純金屬粉末進行預熱到200℃，隨後放入電阻爐中進行熔煉，熔煉溫度為950℃，熔煉時間為51min，熔煉後轉移到中頻感應加熱爐精煉，精煉溫度為1363℃，精煉後進行撈渣；最後澆注到預熱至340℃的模具中，脫模後即得。
對比例3
一種耐磨鋁合金材料，由以下質量百分比的合金元素熔煉而成：鎂6.74%、鎢1.70%、鎂0.52%、硼0.16%，餘量為鋁。
一種耐磨鋁合金材料的製備方法，具體步驟為：
按照鋁鋁合金材料中所需熔煉的元素，隨後將含各元素的純金屬粉末進行預熱到200℃，隨後放入電阻爐中進行熔煉，熔煉溫度為950℃，熔煉時間為51min，熔煉後轉移到中頻感應加熱爐精煉，精煉溫度為1363℃，精煉後進行撈渣；最後澆注到預熱至340℃的模具中，脫模後即得。
對比例4
中國專利「一種複合耐磨襯板、製造其的耐磨合金以及製造其的方法」（公開/公告號：CN 104249504B），包括如下步驟：1)配料，製備耐磨合金的配料，耐磨合金中成分的重量百分比如下:Cr(14-15.8)W％、C(2.0-3.2)W％、Si(0.3-1.2)W％、Mn(0.3-0.8)W％、S(0-0.015)W％、P(0-0.015)W％、Mo(0.2-2.0)W％、Ni(0-1.0)W％、Cu(0.3-1.2)W％、Re(0.2-0.4)W％，餘量為Fe；2)入爐熔煉，耐磨合金和高韌性鋼分開熔煉：甲爐熔煉耐磨合金1500℃出爐，進A澆包；乙爐熔煉高韌性鋼1700℃出爐，進B澆包；3)鋼水澆鑄，先將耐磨合金鋼水澆注至型腔內，再將高韌性鋼鋼水澆注至型腔內：31)準備好合適的鑄模，A澆包靜置，待冷卻至1400℃後，通過下層澆鑄系統向型腔澆注，至理論高度-1cm；32)冷卻1-3分鐘，型腔澆注體表面溫度冷卻至1200±30℃，B澆包通過上層澆鑄系統澆注至理論高度；33)A澆包進行補澆，直至充滿整個冒口；34)冒口覆蓋保溫劑延時補縮；4)鑄件表面處理，打掉澆冒口，清理殘根、飛邊、毛刺；5)鑄件熱處理，進行淬火、回火處理:51)調配淬火液；52)鑄件分散裝爐，階段長時間12-20小時升溫至900-1000℃之間；53)保溫6小時以上出爐，在靜止空氣中靜置5分鐘後，淬入攪拌均勻的淬火液中，壓縮空氣攪拌5小時以上；54)待鑄件冷卻至500℃以下，再靜置空氣中繼續冷卻至常溫，進爐回火150-250℃時間3-6小時；55)出爐後冷卻至常溫。
對比例5
中國專利「一種用於耐磨鋼的納米複合耐磨合金及其製備工藝」（公開/公告號：CN 104264029A），該耐磨合金由納米陶瓷粉料、金屬粉料複合製備而成。配製的耐磨合金總重量為5000g，各種原料比例是：納米陶瓷粉料總重量1000g，其中WC：TiC：SiC：CeO：YO的比值為1:0.1:0.2:0.2:0.1，後面四項重量之和為375g；其餘為納米WC粉料。金屬粉料中的比例為還原鋁粉：鎂-鉻複合粉：鋁粉、鐵粉、鎂粉＝1:0.5：0.025（0.01+0.01+0.005）；其中鋁、鐵、鎂粉料重量之和為65.57g；還原鋁粉2622.95g，鎂-鉻粉1311.48g。製備工藝按下述步驟進行：首先配置「PVB+無水乙醇」膠狀溶液；按設計比例稱取納米級陶瓷粉料WC、TiC、SiC、CeO及YO，與無水乙醇混合後用超聲波分散成單顆粒狀態，每100g粉料加入無水乙醇180ml，然後將其倒入預先加了「PVB+無水乙醇膠液」的攪拌器中緩慢攪拌，（轉速不超過120轉/min）；然後加入其它金屬粉料，再將攪拌機轉速調到300轉/min以上，攪拌12小時。將料漿在真空條件下乾燥、球磨和篩分，得到混合均勻的粉料；將粉料壓製成坯體。將該坯體置於普通電爐中做氧化處理，即在有空氣條件下將坯體加熱到450℃，保溫250min，使那些金屬顆粒表面形成一層厚度為納米級的氧化膜。燒結是在氮氣保護條件下完成，在1200℃燒結，保溫100分鐘。燒結結束後採用粉碎和球磨方式將塊狀合金製成粉末，即為耐磨合金成品。
綜上所述，將本發明實施例1-5製備及對比例1-5製備的鋁合金材料按照GB/T 1817-1995標準進行測試；本發明實施例1-5製備的鋁合金材料，在顆粒運動時線速度小於20m/s，顆粒直徑小於1mm，耐磨性是高猛鋼的10-15倍，是鎢鋼的8-9倍，且在直徑400mm剛玉砂輪、轉速為3000r/min、接觸壓為50KN的條件下，其耐磨程度小於0.0021～0.0078mm3/h，與剛體粘接抗拉強度大於80MPa，抗剪強度大於40MPa；而對比例1-5製備的鋁合金材料，在直徑400mm剛玉砂輪、轉速為3000r/min、接觸壓為50KN的條件下，其耐磨程度為0.017～0.048mm3/h，與剛體粘接抗拉強度為31-64MPa，抗剪強度為15-26MPa。
上面對本專利的較佳實施方式作了詳細說明，但是本專利並不限於上述實施方式，在本領域的普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下做出各種變化。