一種用於機械零部件的銅基複合材料及其製備方法與流程
2023-09-19 22:24:50
本發明涉及合金材料領域，尤其涉及一種用於機械零部件的銅基複合材料及其製備方法。
背景技術：
碳化鈦，熔點高，導熱性能好，硬度大，化學穩定好，不水解，高溫抗氧化性好。高純度的碳化鈦粉末是一種由二氧化鈦與炭黑在通氫氣的碳管爐或調頻真空爐內於1600度～1800度高溫下反應製得的一種原材料。由於碳化鈦硬度大，具有良好的力學性能，因此它是硬質合金生產的重要原料，可用於製造耐磨材料、切削刀具材料、機械零件等，還可製作熔煉錫、鉛、鎘、鋅等金屬的坩堝。
錫青銅是鑄造收縮率最小的有色金屬合金，用來生產形狀複雜、輪廓清晰、氣密性要求不高的鑄件，錫青銅在大氣、海水、淡水和蒸汽中十分耐蝕，廣泛應用於各類耐磨軸瓦、軸套、法蘭及齒輪等方面，尤其用於高速鐵路裝備。另外，隨著我國機械工業的迅速發展發展，機械製造需要大批量高性能的合金或者複合材料，而可鑄造性能優越的錫青銅將是必要的選擇，但是其性能只有進一步提到才能滿足相應的要求。
技術實現要素：
為了解決上述問題，本發明提供一種用於機械零部件的銅基複合材料及其製備方法，能夠提高複合材料的強度和硬度。
本發明的技術方案是這樣實現的：
一種用於機械零部件的銅基複合材料的製備方法，包含如下步驟：
1)、按質量百分比計，將銻：7-8％、錫：9-11.5％﹑鋅:4-6％、鎳：1-2％、鉍：0.5-1.5％、電解銅：餘量，置於500公斤中頻電爐內，加熱至1200度～1250度，熔煉時間為2.5～3小時；同時用耐高溫石墨棒將完全熔化的合金液體充分攪拌，合金完全熔化後保溫至1100度，保溫靜置時間為30～35分鐘；
2)、按質量百分比計，將篩選完成後的純度大於99.5％的碳化鈦：4-5.5％，添加到保溫完成的合金溶液表面，並開啟攪拌裝置，攪拌速率為350轉/分鐘，攪拌時間為15～20分鐘；
3)、在攪拌完成的溶液上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉以防止其氧化，厚度約為3～5釐米，並繼續保溫；
4)、保溫時間15-20分鐘後，取樣品採用光譜與化學分析方法，對材料成分進行檢測，已確定在設定範圍之內；
5)、重新升溫至1200度，並開啟中頻電爐的振動裝置，振動頻率為8次/秒；採用連續鑄造的方式將複合材料溶液鑄造成直徑15～300毫米，長度1000毫米的毛坯圓錠；
6)、將毛坯圓錠放置箱式退火爐中進行熱處理，處理溫度為：200～230度，時間為30～35分鐘；
7)、待退火完成的合金棒自然冷卻後，採用高精度車床進行表面處理，使其直徑公差在+/-0.05毫米,長度公差在+/-5毫米；
8)、包裝併入庫。
進一步地，步驟1)中的各組分的質量百分數為：銻：7.3％，錫：9.8％，鋅:4.5％,鎳：1.3％，鉍：0.8％，電解銅：餘量，步驟2)中的碳化鈦的質量百分數為:4.3％。
進一步地，步驟1)中的各組分的質量百分數為：銻：7.5％，錫：10.5％，鋅:5％,鎳：1.5％，鉍：1％，電解銅：餘量，步驟2)中的碳化鈦的質量百分數為:4.8％。
進一步地，步驟1)中的各組分的質量百分數為：銻：7.8％，錫：11％，鋅:5.5％,鎳：1.9％，鉍：1.2％，電解銅：餘量，步驟2)中的碳化鈦的質量百分數為:5％。
本發明還提供一種用於機械零部件的銅基複合材料，所述材料採用前述的方法來製備。
本發明的有益效果為：本發明將碳化鈦材料通過一定的技術手段均勻分布在電解銅、銻、錫、鋅、鎳、鉍合金溶液當中，利用硼化鈦高硬度的性能，實現合金材料的性能的進一步提升。本發明所得到的複合合金新材料具有更高的強度﹑硬度，從而滿足材料在各種機械零部件中應用的要求。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
一種用於機械零部件的銅基複合材料的製備方法，包含如下步驟：
1)、按照配比將銻：7.3％，錫：9.8％，鋅:4.5％,鎳：1.3％，鉍：0.8％，電解銅：餘量的質量百分比，配置原料，並置於500公斤中頻電爐內，加熱至1200度～1250度，熔煉時間為2.5～3小時；同時用耐高溫石墨棒將完全熔化的合金液體充分攪拌，合金完全熔化後保溫至1100度，保溫靜置時間為30～35分鐘；
2)、將篩選完成後的純度大於99.5％的碳化鈦：4.3％，以質量百分比計，添加到保溫完成的合金溶液表面，並開啟攪拌裝置，攪拌速率為350轉/分鐘，攪拌時間為15～20分鐘；
3)、在攪拌完成的溶液上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉以防止其氧化，厚度約為3～5釐米，並繼續保溫；
4)、保溫時間15-20分鐘後，取樣品採用光譜與化學分析方法，對材料成分進行檢測，已確定在設定範圍之內；
5)、重新升溫至1200度，並開啟中頻電爐的振動裝置，振動頻率為8次/秒；採用連續鑄造的方式將複合材料溶液鑄造成直徑15～300毫米，長度1000毫米的毛坯圓錠；
6)、將毛坯圓錠放置箱式退火爐中進行熱處理，處理溫度為：200～230度，時間為30～35分鐘；
7)、待退火完成的合金棒自然冷卻後，採用高精度車床進行表面處理，使其直徑公差在+/-0.05毫米,長度公差在+/-5毫米；
8)、包裝併入庫。
實施例2
實施例2與實施例1僅僅在原料配比方面是不同的，其他方面是相同的。因此，以下將僅就不同之處進行說明。
步驟1)中的各成分的質量百分比為：銻：7.5％，錫：10.5％，鋅:5％,鎳：1.5％，鉍：1％，電解銅：餘量。
步驟2)中的碳化鈦的質量百分比為：4.8％。
根據本實施例2，能夠起到與實施例1基本相同的效果。
實施例3
實施例3與實施例1和2僅僅在原料配比方面是不同的，其他方面是相同的。因此，以下將僅就不同之處進行說明。
步驟1)中的各成分的質量百分比為：銻：7.8％，錫：11％，鋅:5.5％,鎳：1.9％，鉍：1.2％，電解銅：餘量。
步驟2)中的碳化鈦的質量百分比為：5％。
根據本實施例3，能夠起到與實施例1和2基本相同的效果。
本發明複合材料材料性能與傳統錫青銅性能對比表
由上表可知，本發明的複合材料合金棒的強度和抗拉強度，都有增強。
以上所述實施例僅表達了本發明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。