專利名稱：一種耐磨鎂合金材料及制備方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料領域，涉及一種耐磨鎂合金材料及其制備方法。
背景技術：
在金屬材料領域中，耐磨鎂合金作為耐磨材料一直受到普遍重視。全俊等鑄造技術于2010年第9期研究鎂合金AZ31的鎂合金組織和性能。趙旭等 材料工程雜志2008年第5期發表了對鎂合金AZ31的磨損性能研究。鑄態鎂合金AZ31由 基體相α-Mg和第二相Mgl7A112組成，第二相含量較少，呈粒狀分布在基體中。試樣的磨 損質量損失在不同的載荷下均隨磨損時間的增加而呈線性增加。在不同的載荷區間，磨損 質量損失的變化速率不同，其中50 75N區間磨損質量損失的速率較低，75 100N區間的 磨損質量損失的速率最大。載荷增加使磨損質量損失更加顯著，磨損形式發生由氧化磨損 到磨粒磨損再到剝落磨損轉變，磨損越來越嚴重。但普通鎂合金的耐磨性不高。
發明內容
本發明的目的就是針對上述技術缺陷，提供一種耐磨鎂合金材料，該材料具有良 好的性能。本發明的另一目的是提供一種耐磨鎂合金材料的制備方法，該制備方法工藝簡 單，生產成本低，適于工業化生產。本發明的目的是通過以下技術方案實現的一種耐磨鎂合金材料，該材料以鎂合金為基體，在基體中分布著由銅絲和鐵絲形成的 金屬絲團，所用銅絲和鐵絲的直徑均為l_2mm，材料中銅絲與鐵絲的總體長度相當，金屬絲 團的直徑為10-15cm，兩種金屬絲共占材料的體積百分比為10-30%;鎂合金基體的化學成分的重量百分含量:A1為10-12%，Sr為0. 2% 0. 5%，Si為 2% 3%，Pb 為 2% 3%，Fe 為 2%，Gd 為 0. 5% 1%，Ho 為 0. 01% 0. 03%，其 余為Mg ；銅絲為純銅；鐵絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 05-0. 09%，Si為0.洲 0. 3%, Mn 為 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為 Fe。基體中還分布有化合物Mg3N2、Cu3N和Ι^Ν6顆粒。耐磨鎂合金材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟銅絲及滲氮鐵絲的準備分別取直徑為l_2mm、成分為純銅的銅絲；以及及取直徑為 l-2mm、成分重量百分含 C 為 0. 05-0. 09%, Si 為 0. 2% 0. 3%, Mn 為 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為！^的鐵絲，所用銅絲與鐵絲的總體長度相當；按常規方在鐵絲表面滲 氮，形成滲氮鐵絲；滲氮層的厚度為200-300微米；按清潔球生產的常規方法將上述銅絲及滲氮鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙絲金 屬絲團，金屬絲團直徑為10-15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔中，金屬絲團的松緊 程度由銅絲和鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿鑄型；布置完畢后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待合金液澆注；鎂合金材料基體的準備按重量百分含量Al為10-12%，Sr為0. 2% 0. 5%, Si為 2% 3%，Pb 為 2% 3%，Fe 為 2%，Gd 為 0. 5% 1%，Ho 為 0. 01% 0. 03%，其 余為Mg進行配料；鎂合金在感應電爐中熔化，熔化溫度為690-720°C ；將上述鎂合金液澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型；合金液將銅絲及滲氮鐵絲包圍，然后 冷卻凝固，得到以鎂合金為基的其中分布有金屬絲團的耐磨材料。本發明相比現有技術的有益效果如下1、本發明材料中的銅絲及鐵絲自身具有相當的強度和較高的耐磨。銅絲的Cu及鐵絲 上的B進入液態鎂中，與鎂合金中的元素形成Mg2Cu、Mg3N2, Cu3N, PbN6等特殊化合物，彌 散增強鎂合金；狗固溶在鎂合金，對鎂固溶強化；未熔的銅絲及鐵絲與鎂合金冶金結合， 對鎂合金起到增強增韌的作用。2,Gd和Ho與Mg可以形成化合物Mg5Gd和MgHo，分布于基體中對鎂合金的組織具 有顯著細化的作用，有助于材料耐磨的提高。本發明材料中P、S為雜質，控制在允許的范圍。3、合金材料用鐵代替了部分鎂，材料成本低，制備工藝簡便，生產成本低，生產的 合金材料性能好，而且非常便于工業化生產。本發明的合金性能見表1。
圖1為本發明實施例一制得的耐磨鎂合金材料的金相組織。圖1可以看到在鎂合金與金屬絲結合良好。
具體實施例方式以下各實施例僅用作對本發明的解釋說明，其中的重量百分比均可換成重量g、kg 或其它重量單位。以下銅絲與鐵絲均為市購，滲氮層自制。實施例一銅絲及滲氮鐵絲的準備分別取直徑為1mm、成分為純銅的銅絲；以及取直徑為1mm、成 分重量百分含量為C為0. 05%, Si為0. 2%, Mn為0. 25%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為Fe 的鐵絲，所用銅絲與鐵絲二者總體長度相當；兩種金屬絲共占材料的體積百分比為10%。按常規方在鐵絲表面滲氮，形成滲氮鐵絲；滲氮層的厚度為200微米；按清潔球生產的常規方法將上述銅絲及滲氮鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙絲金 屬絲團，金屬絲團直徑為15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔中，金屬絲團的松緊程度 由銅絲和鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿鑄型；布置完畢后，將鑄型 的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待合金液澆注；鎂合金材料基體的準備按重量百分含量Al為10 %，Sr為0. 2 %，Si為2 %，1 為2 %， !^e為1 %，Gd為0. 5%，Ho為0. 01 %，其余為Mg進行配料；鎂合金在感應電爐中熔化，熔化 溫度為 695-705°C ；將上述鎂合金液澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型；合金液將銅絲及滲氮鐵絲包圍，然后 冷卻凝固，得到以鎂合金為基的其中分布有金屬絲團的耐磨材料。
實施例二鎂合金材料基體成分按重量百分比A1為12%，Sr為0. 5%，Si為3%，Pb為3%，！^ 為2%，Gd為1%，Ηο為0. 03%，其余為Mg進行配料。銅絲為純銅。鐵絲成分的重量百分含為C為-0. 09%, Si為0. 3%, Mn為0. 35%, P<0. 02%, S <0.02596，其余為狗。所用銅絲與鐵絲的總體長度相當，兩種金屬絲直徑均為 2mm ；兩種金屬絲共占材料的體積百分比為30%。按常規方在鐵絲表面滲氮，形成滲氮鐵絲；滲氮層的厚度為300微米；按清潔球 生產的常規方法制作銅絲和滲氮鐵絲兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為 IOcm0制備過程同實施例一。實施例三鎂合金材料基體成分按重量百分比Al為11 %，Sr為0. 4 %，Si為2. 5 %，Pb為2. 5 %， Fe為1. 5%，Gd為0. 7%，Ho為0. 02%，其余為Mg進行配料。銅絲為純銅。直徑為1. 5mm。鐵絲成分的重量百分含為C為0. 07%, Si為0. 25%, Mn為0.3 P<0. 02%, S <0. 025%,其余為Fe，直徑為1. 5mm。所用銅絲與鐵絲的總體長度 相當，兩種金屬絲占材料的體積百分比為10%。按常規方在鐵絲表面滲氮，形成滲氮鐵絲；滲氮層的厚度為250微米；按清潔球 生產的常規方法制作銅絲和滲氮鐵絲兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為 15cm0制備過程同實施例一。對比實施例四原料配比不在本發明范圍內的實例鎂合金材料基體成分按重量百分比A1為9%，Sr為0. l%，Si為l%，Pb為1%，狗為 0. 5%，Gd為0. 5% 1%，Ho為0. 005%，其余為Mg進行配料。銅絲為純銅。鐵絲成分的重量百分含為C為0. 04%, Si為0. 1%, Mn為0. 2%, P<0. 02%, S <0.025%,其余為 Fe。銅絲與鐵絲的總體長度相當，兩種金屬絲直徑為0. 5mm ；兩種金屬絲占材料的體 積百分比為5%。鐵絲表面不滲氮。按清潔球生產的常規方法制作兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲 團，金屬絲團直徑為15cm。制備過程同實施例一。對比實施例五原料配比不在本發明范圍內的實例鎂合金材料基體成分按重量百分比A1為13%，Sr為0. 6%，Si為4%，Pb為4%，！^ 為3%，Gd為2%，Ho為0. 04%，其余為Mg進行配料。銅絲為純銅。鐵絲成分的重量百分含為C為0. 1%，Si為0. 4%, Mn為0. 4%, P<0. 02%, S <0.025%,其余為 Fe。兩種金屬絲直徑為3mm，銅絲與鐵絲的總體長度相當，兩種金屬絲占材料的體積百 分比為40。按常規方在鐵絲表面滲氮，形成滲氮鐵絲；滲氮層的厚度為350微米；按清潔球生 產的常規方法制作兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10cm。
制備過程同實施例一。表 權利要求
1.一種耐磨鎂合金材料，該材料以鎂合金為基體，在基體中分布著由銅絲和鐵絲形成 的金屬絲團，所用銅絲和鐵絲的直徑均為l-2mm，材料中銅絲與鐵絲的總體長度相當，金屬 絲團的直徑為10-15cm，兩種金屬絲共占材料的體積百分比為10-30%;鎂合金基體的化學成分的重量百分含量:A1為10-12%，Sr為0. 2% 0. 5%, Si為 2% 3%，Pb 為 2% 3%，Fe 為 2%，Gd 為 0. 5% 1%，Ho 為 0. 01% 0. 03%，其 余為Mg ；銅絲為純銅；鐵絲的化學成分的重量百分含量為C為0.05-0. 09%，Si為0. m 0. 3%, Mn 為 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為 Fe。
2.根據權利要求1所述的耐磨鎂合金材料，其特征在于所述基體中還分布有化合物 Mg3N2、Cu3N 和 PbN6 顆粒。
3.耐磨鎂合金材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟銅絲及滲氮鐵絲的準備分別取直徑為l_2mm、成分為純銅的銅絲；以及及取直徑為 l-2mm、成分重量百分含 C 為 0. 05-0. 09%, Si 為 0. 2% 0. 3%, Mn 為 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為！^的鐵絲，所用銅絲與鐵絲的總體長度相當；按常規方在鐵絲表面滲 氮，形成滲氮鐵絲；滲氮層的厚度為200-300微米；按清潔球生產的常規方法將上述銅絲及滲氮鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙絲金 屬絲團，金屬絲團直徑為10-15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔中，金屬絲團的松緊 程度由銅絲和鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿鑄型；布置完畢后，將 鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待合金液澆注；鎂合金材料基體的準備按重量百分含量Al為10-12%，Sr為0. 2% 0. 5%, Si為 2% 3%，Pb 為 2% 3%，Fe 為 2%，Gd 為 0. 5% 1%，Ho 為 0. 01% 0. 03%，其 余為Mg進行配料；鎂合金在感應電爐中熔化，熔化溫度為690-720°C ；將上述鎂合金液澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型；合金液將銅絲及滲氮鐵絲包圍，然后 冷卻凝固，得到以鎂合金為基的其中分布有金屬絲團的耐磨材料。
全文摘要
本發明提供一種耐磨鎂合金材料及其制備方法，該材料具有良好的性能。該制備方法工藝簡單，生產成本低，適于工業化生產。該材料以鎂合金為基體，在基體中分布著由銅絲和鐵絲形成的金屬絲團，所用銅絲和鐵絲的直徑均為1-2mm，材料中銅絲與鐵絲的總體長度相當，金屬絲團的直徑為10-15cm，兩種金屬絲共占材料的體積百分比為10-30%。
文檔編號C22C47/08GK102051543SQ20111000745
公開日2011年5月11日 申請日期2011年1月14日 優先權日2011年1月14日
發明者王玲, 薛欣怡, 趙浩峰 申請人:南京信息工程大學