一种耐磨镁合金材料及制备方法

摘要

本发明提供一种耐磨镁合金材料及其制备方法，该材料具有良好的性能。该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该材料以镁合金为基体，在基体中分布着由铜丝和铁丝形成的金属丝团，所用铜丝和铁丝的直径均为1-2mm，材料中铜丝与铁丝的总体长度相当，金属丝团的直径为10-15cm，两种金属丝共占材料的体积百分比为10-30%。

权利要求

1.耐磨镁合金材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

铜丝及渗氮铁丝的准备：分别取直径为1-2mm、成分为纯铜的铜丝；以及及取直径为

1-2mm、成分重量百分含C为0.05-0.09%，Si为0.2%～0.3%, Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的铁丝，所用铜丝与铁丝的总体长度相当；按常规方在铁丝表面渗氮，形成渗氮铁丝；渗氮层的厚度为200-300微米；控制铜丝和铁丝占材料的体积百分比为

10-30%；

按清洁球生产的常规方法将上述铜丝及渗氮铁丝各取一根丝形成球状的混合双丝金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由铜丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待合金液浇注；

镁合金材料基体的准备：按重量百分含量Al为10-12％，Sr为0.2％～0.5％，Si为

2％～3％，Pb为2％～3％，Fe为1％～2％，Gd为0.5％～1％，Ho为0.01％～0.03％，其余为Mg进行配料；镁合金在感应电炉中熔化，熔化温度为690-720℃；

将上述镁合金液浇入装有金属丝团的干砂铸型；合金液将铜丝及渗氮铁丝包围，然后冷却凝固，得到以镁合金为基的其中分布有金属丝团的耐磨材料。

说明书

一种耐磨镁合金材料及制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于金属材料领域，涉及一种耐磨镁合金材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 在金属材料领域中, 耐磨镁合金作为耐磨材料一直受到普遍重视。

[0003] 全俊等铸造技术于2010年第9期研究镁合金AZ31的镁合金组织和性能。赵旭等材料工程杂志2008年第5期发表了对镁合金AZ31的磨损性能研究。铸态镁合金AZ31由基体相α-Mg和第二相Mg17A112组成，第二相含量较少，呈粒状分布在基体中。试样的磨损质量损失在不同的载荷下均随磨损时间的增加而呈线性增加。在不同的载荷区间，磨损质量损失的变化速率不同，其中50～75N区间磨损质量损失的速率较低，75～100N区间的磨损质量损失的速率最大。载荷增加使磨损质量损失更加显著，磨损形式发生由氧化磨损到磨粒磨损再到剥落磨损转变，磨损越来越严重。但普通镁合金的耐磨性不高。

发明内容

[0004] 本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种耐磨镁合金材料，该材料具有良好的性能。

[0005] 本发明的另一目的是提供一种耐磨镁合金材料的制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

[0007] 一种耐磨镁合金材料，该材料以镁合金为基体，在基体中分布着由铜丝和铁丝形成的金属丝团，所用铜丝和铁丝的直径均为1-2mm，材料中铜丝与铁丝的总体长度相当，金属丝团的直径为10-15cm，两种金属丝共占材料的体积百分比为10-30%；

[0008] 镁合金基体的化学成分的重量百分含量：Al为10-12％，Sr为0.2％～0.5％，Si为2％～3％，Pb为2％～3％，Fe为1％～2％，Gd为0.5％～1％，Ho为0.01％～0.03％，其余为Mg；

[0009] 铜丝为纯铜；铁丝的化学成分的重量百分含量为：C为0.05-0.09%，Si为0.2%～0.3%,Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。

[0010] 基体中还分布有化合物Mg3N2、Cu3N和PbN6颗粒。

[0011] 耐磨镁合金材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

[0012] 铜丝及渗氮铁丝的准备：分别取直径为1-2mm、成分为纯铜的铜丝；以及及取直径为1-2mm、成分重量百分含C为0.05-0.09%，Si为0.2%～0.3%, Mn为0.25-0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的铁丝，所用铜丝与铁丝的总体长度相当；按常规方在铁丝表面渗氮，形成渗氮铁丝；渗氮层的厚度为200-300微米；

[0013] 按清洁球生产的常规方法将上述铜丝及渗氮铁丝各取一根丝形成球状的混合双丝金属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由铜丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待合金液浇注；

[0014] 镁合金材料基体的准备：按重量百分含量Al为10-12％，Sr为0.2％～0.5％，Si为2％～3％，Pb为2％～3％，Fe为1％～2％，Gd为0.5％～1％，Ho为0.01％～0.03％，其余为Mg进行配料；镁合金在感应电炉中熔化，熔化温度为690-720℃；

[0015] 将上述镁合金液浇入装有金属丝团的干砂铸型；合金液将铜丝及渗氮铁丝包围，然后冷却凝固，得到以镁合金为基的其中分布有金属丝团的耐磨材料。

[0016] 本发明相比现有技术的有益效果如下：

[0017] 1、本发明材料中的铜丝及铁丝自身具有相当的强度和较高的耐磨。铜丝的Cu及铁丝上的B进入液态镁中，与镁合金中的元素形成Mg2Cu、Mg3N2，Cu3N，PbN6等特殊化合物，弥散增强镁合金； Fe固溶在镁合金，对镁固溶强化；未熔的铜丝及铁丝与镁合金冶金结合，对镁合金起到增强增韧的作用。

[0018] 2、Gd和Ho与Mg可以形成化合物Mg5Gd和MgHo，分布于基体中对镁合金的组织具有显著细化的作用，有助于材料耐磨的提高。本发明材料中P、S为杂质，控制在允许的范围。

[0019] 3、合金材料用铁代替了部分镁，材料成本低，制备工艺简便，生产成本低，生产的合金材料性能好，而且非常便于工业化生产。

[0020] 本发明的合金性能见表1。

附图说明

[0021] 图1为本发明实施例一制得的耐磨镁合金材料的金相组织。

[0022] 图1可以看到在镁合金与金属丝结合良好。

具体实施方式

[0023] 以下各实施例仅用作对本发明的解释说明，其中的重量百分比均可换成重量g、kg或其它重量单位。以下铜丝与铁丝均为市购，渗氮层自制。

[0024] 实施例一：

[0025] 铜丝及渗氮铁丝的准备：分别取直径为1mm、成分为纯铜的铜丝；以及取直径为1mm、成分重量百分含量为C为0.05%，Si为0.2%, Mn为0.25%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe的铁丝，所用铜丝与铁丝二者总体长度相当；两种金属丝共占材料的体积百分比为
10%。

[0026] 按常规方在铁丝表面渗氮，形成渗氮铁丝；渗氮层的厚度为200微米；

[0027] 按清洁球生产的常规方法将上述铜丝及渗氮铁丝各取一根丝形成球状的混合双丝金属丝团，金属丝团直径为15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度由铜丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待合金液浇注；

[0028] 镁合金材料基体的准备：按重量百分含量Al为10％，Sr为0.2％，Si为2％，Pb为2％，Fe为1％，Gd为0.5％，Ho为0.01％，其余为Mg进行配料；镁合金在感应电炉中熔化，熔化温度为695-705℃；

[0029] 将上述镁合金液浇入装有金属丝团的干砂铸型；合金液将铜丝及渗氮铁丝包围，然后冷却凝固，得到以镁合金为基的其中分布有金属丝团的耐磨材料。

[0030] 实施例二：

[0031] 镁合金材料基体成分按重量百分比：Al为12％，Sr为0.5％，Si为3％，Pb为3％，Fe为2％，Gd为1％，Ho为0.03％，其余为Mg进行配料。

[0032] 铜丝为纯铜。铁丝成分的重量百分含为：C为-0.09%，Si为0.3%, Mn为0.35%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。所用铜丝与铁丝的总体长度相当，两种金属丝直径均为2mm；两种金属丝共占材料的体积百分比为30%。

[0033] 按常规方在铁丝表面渗氮，形成渗氮铁丝；渗氮层的厚度为300微米；按清洁球生产的常规方法制作铜丝和渗氮铁丝两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为10cm。

[0034] 制备过程同实施例一。

[0035] 实施例三：

[0036] 镁合金材料基体成分按重量百分比：Al为11％，Sr为0.4％，Si为2.5％，Pb为2.5％，Fe为1.5％，Gd为0.7％，Ho为0.02％，其余为Mg进行配料。

[0037] 铜丝为纯铜。直径为1.5mm。铁丝成分的重量百分含为：C为0.07%，Si为0.25%, Mn为0.3%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe，直径为1.5mm。所用铜丝与铁丝的总体长度相当，两种金属丝占材料的体积百分比为10%。

[0038] 按常规方在铁丝表面渗氮，形成渗氮铁丝；渗氮层的厚度为250微米；按清洁球生产的常规方法制作铜丝和渗氮铁丝两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为15cm。

[0039] 制备过程同实施例一。

[0040] 对比实施例四：原料配比不在本发明范围内的实例

[0041] 镁合金材料基体成分按重量百分比：Al为9％，Sr为0.1％，Si为1％，Pb为1％，Fe为0.5％，Gd为0.5％～1％，Ho为0.005％，其余为Mg进行配料。

[0042] 铜丝为纯铜。铁丝成分的重量百分含为：C为0.04%，Si为0.1%, Mn为0.2%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。

[0043] 铜丝与铁丝的总体长度相当，两种金属丝直径为0.5mm；两种金属丝占材料的体积百分比为5%。

[0044] 铁丝表面不渗氮。按清洁球生产的常规方法制作两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为15cm。

[0045] 制备过程同实施例一。

[0046] 对比实施例五：原料配比不在本发明范围内的实例

[0047] 镁合金材料基体成分按重量百分比：Al为13％，Sr为0.6％，Si为4％，Pb为4％，Fe为3％，Gd为2％，Ho为0.04％，其余为Mg进行配料。

[0048] 铜丝为纯铜。铁丝成分的重量百分含为：C为0.1%，Si为0.4%, Mn为0.4%, P<0.02%, S <0.025%,其余为Fe。

[0049] 两种金属丝直径为3mm，铜丝与铁丝的总体长度相当，两种金属丝占材料的体积百分比为40。

[0050] 按常规方在铁丝表面渗氮，形成渗氮铁丝；渗氮层的厚度为350微米；按清洁球生产的常规方法制作两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为10cm。

[0051] 制备过程同实施例一。

[0052] 表1

[0053]

[0054] 镁合金材料的Al、Sr、Si、Pb、Fe、Gd、Ho增高利于合金的力学性能提高；但有些元素如Al、Sr、Si、Pb、Fe过多则化合物过多，削弱合金的耐磨。有些元素如Gd 、Ho过多，造成元素浪费。

[0055] 铁丝的成分为C、Si、 Mn增高利于合金的力学性能提高；过多削弱合金的耐磨。

[0056] 金属丝体积百分比的增加，利于材料耐磨的提高。但是过多，镁合金基体包不住铜丝及渗氮铁丝，基体出现裂纹，则降低了材料的耐磨。因此影响合金的抗蚀能力。

[0057] 金属丝直径太细，表面积太大，不利于镀层元素溶入镁水中。金属丝直径太粗，在镁合金基体中分布的密度减小，不利于材料整体耐磨的提高。