專利名稱：一種重載大功率車用發動機高純鋁錫合金軸承材料的制備方法
技術領域：
本發明屬于有色金屬材料冶金領域，涉及制造軸承的鋁錫合金材料，尤其是一種重載大功率車用發動機高純鋁錫合金軸承材料的制備方法。
背景技術：
滑動軸承是汽車(特別是發動機)中非常重要的摩擦易損件，與發動機曲軸、活塞銷、凸輪軸及汽車底盤上的某些軸類零件組成重要的摩擦副，滑動軸承材料的性能在一定程度上影響或決定著汽車和發動機的壽命、可靠性及某些主要經濟技術指標。隨著汽車工業的發展，以及汽車發動機性能的不斷強化和提高，承載能力高、軸承性能好的鋁錫合金的應用在日本及歐洲等國家越來越普遍。因此，開發、研究鋁錫合金是國際汽車滑動軸承材料領域的發展方向之一，也是目前最有發展前途的滑動軸承材料。調查結果顯示，國內滑動軸承的主要材料基本上以傳統的高錫鋁合金(Sn彡20% )為主，國外則主要以中錫鋁合金(6% <Sn<20% )為主。中、高錫鋁合金承載能力差，磨損失重大，而且金屬錫價格昂貴，合金成本高，一般用于中、輕載發動機；而低錫鋁合金(Sn ( 6% )承載能力大，磨損失重小，適用于重載大功率發動機，但由于其摩擦系數大，抗咬粘性差，一般需在其表面電鍍一層較軟的鍍層材料才能使用，而電鍍是產生環境污染的重要源頭。因此在保證低錫鋁合金自身優越性能不下降的基礎上，如何減小其摩擦系數，提高其抗咬粘性能，成為業內研究的重點。通過專利檢索，尚未發現與本發明申請相關的公開專利文獻。
發明內容
本發明的目的是提供一種符合重載大功率車用發動機要求的新型低錫鋁合金軸 承材料的制備方法，該方法是在低錫鋁合金的基礎上，通過調整合金成分、加入微量元素、減少金屬內部有害物質、優化熔煉工藝，制備了一種承載能力高，耐磨性、減摩性、抗咬粘性好，符合重載大功率車用發動機要求的軸承材料。本發明的目的是這樣實現的—種重載大功率車用發動機高純鋁錫合金軸承材料的制備方法，其特征在于具體步驟是⑴基礎材料元素的質量百分比要求為Sn 3 5%、Cu :2. 5 4. 5、Al余量，按以上比例分別稱取工業純金屬錫、一級電解銅、特二級重熔用鋁錠；⑵按以上基礎材料元素投料總量的O. 5 I. 0%質量百分比稱取一級氟鈦酸鉀；⑶將步驟(I)、步驟(2)中的工業純金屬錫、一級電解銅、特二級重熔用鋁錠、一級氟鈦酸鉀及澆鑄模具放入溫度200-300°C的恒溫預熱干燥爐中干燥2 3h ;⑷將步驟(3)中的特二級重熔用鋁錠放入工業電爐內，設定工業電爐爐溫為800°C，鋁液溫度為740°C。
(5)通電升溫2h 3h，待爐內的特二級重熔用鋁錠全部熔化，調整溫度至715 730°C，然后小心加入步驟(3)中的工業純金屬錫、一級電解銅，繼續通電升溫至700-730°C保溫。(6)保溫15_20min后，充分攪拌，取樣檢測合金成分；(7)成分合格后，調整鋁合金熔體溫度在710 730°C范圍內，將步驟(3)中完全干燥的一級氟鈦酸鉀加入到鋁合金熔體內，靜止保溫15-20分鐘后進行充分攪拌并撈出浮渣；(8)調整鋁合金熔液溫度在690°C 710°C范圍內，將步驟(3)中預熱的澆鑄模具取出，當模具溫度下降到150°C以下時，進行澆鑄。而且，所述步驟(7)中一級氟鈦酸鉀的加入方式為首先將一級氟鈦酸鉀的一半·撒入鋁合金熔體內進行充分攪拌，將剩余的一半一級氟鈦酸鉀放入自動噴粉機中，以惰性氣體氬氣為載體將一級氟鈦酸鉀均勻的噴入鋁合金熔體內，氬氣噴入的時間控制在10 15min。本發明的優點和有益效果為I、本發明所制備的鋁錫合金軸承材料采用雜質含量相對較低的特二級電解鋁、一級電解銅、工業純錫錠以及雜質總和不大于O. 1%的氟鈦酸鉀，氟鈦酸鉀的加入有兩重作用a、加入合金細化劑元素；b、氟鹽又是鋁合金熔體很好的精煉劑；所制備的軸承材料制作的軸承具有耐磨性、減摩性好、機械性能高、抗咬合性能好等特點，可以直接用于重載大功率車用發動機。2、本發明所制備的材料制作的軸承可直接使用，不必再在其表面電鍍鍍層材料，有利于節能環保。3、本發明所制備的材料中，Sn元素作為組織中的軟相，主要存在于晶界處，可提高合金的抗咬粘性；適量的Cu與Al形成CuAl2強化相，CuAl2相較為彌散的分布在鋁基體中以及Sn相中，可提高合金強度、硬度，減小摩擦系數，細化合金晶粒，減少Sn元素偏析；Ti元素與Al形成TiAl3，在保持合金高強度、硬度的同時還有較好的塑性。4、本發明所制備的鋁錫合金軸承材料的強度達140_165Mpa，延伸率達15_19%，HB硬度達45-51，疲勞強度90-106Mpa，磨損失量6. 7-7X10 _4g，抗咬粘性能達到2級，摩擦系數為O. 038-0. 042，是一種承載能力高，耐磨性、減摩性、抗咬粘性好且符合重載大功率車用發動機要求的軸承材料，具有廣泛的應用前景。
圖I本發明鋁錫合金材料的掃描電鏡顯微組織圖(100X)；圖2本發明鋁錫合金材料的掃描電鏡顯微組織圖(2500X)；圖3為本發明不同錫含量的鋁合金的摩擦系數圖。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發明的保護范圍。實施例I :
—種重載大功率車用發動機高純鋁錫合金軸承材料的制備方法，步驟是⑴基礎材料元素按質量百分比Sn :3. 7%、Cu :3. 5%、Al為余量，具體為，本實施例的總重量按80Kg計算，稱取工業純金屬錫2. 9Kg、一級電解銅2. 8Kg、特一級重熔用鋁錠74. 30Kg ；⑵稱取一級氟鈦酸鉀O. 8g ；⑶將步驟(I)、步驟(2)中的工業純金屬錫、一級電解銅、特二級重熔用鋁錠、一級氟鈦酸鉀及澆鑄模具放入溫度200°C的恒溫余熱干燥爐中干燥2h ；⑷將步驟(3)中的重熔用鋁錠放入CX-GR-150型工業電爐內，設定工業電爐爐溫為800°C，鋁液溫度為740°C。 (5)通電升溫2. 5h，待爐內的重熔用鋁錠全部熔化，調整溫度至728°C，然后小心加入步驟(3)中的工業純金屬錫及一級電解銅，繼續通電升溫至730°C保溫。(6)保溫18min后，充分攪拌，取樣檢測合金成分；銅(均值)3. 63% ;錫(均值)3.89% ;鐵(均值)O. 091%。(7)調整鋁合金熔體溫度為727°C，將步驟(3)中完全干燥的一級氟鈦酸鉀的50%撒入鋁合金熔體內進行充分攪拌，將剩余的50%—級氟鈦酸鉀放入自動噴粉機中，以惰性氣體氬氣為載體將一級氟鈦酸鉀均勻噴入鋁合金熔體內進行精煉，氬氣噴入的時間控制在12min，鋁液靜置16min后進行打渣、撈渣；(8)調整鋁合金熔液溫度為708°C，將步驟(3)中預熱的澆鑄模具取出，當模具溫度達到140°C時，進行澆鑄大錠、拉力試棒及制備其他檢測試塊。本次實驗品檢測結果(三次檢測的平均值)如下大錠的化學成分:銅3.56% M 3. 79% ;鈦0. 19% ;鐵 O. 089% ；制備的鋁錫合金材料拉力試棒的檢測結果抗拉強度為163Mpa，延伸率達18. 36% ；其它試塊的檢測結果為；HB硬度達47，疲勞強度103Mpa，磨損失量6.9X10_4g，抗咬粘性能達到2級，摩擦系數為O. 039。實施例2 一種重載大功率車用發動機高純鋁錫合金軸承材料的制備方法，步驟是⑴基礎材料元素按質量百分比Sn :3. 5, Cu :3. 5, Al為余量，具體為總重量按65Kg計算，稱取工業純金屬錫2. 3Kg、一級電解銅2. 3Kg、特一級重熔用鋁錠60. 4Kg ；⑵稱取一級氟鈦酸鉀O. 6g ；⑶將步驟(I)、步驟(2)中的工業純金屬錫、一級電解銅、特二級重熔用鋁錠、一級氟鈦酸鉀、澆鑄模具放入溫度200°C的恒溫余熱干燥爐中干燥2h ；⑷將步驟(3)中的重熔用鋁錠放入CX-GR-150型工業電爐內，設定工業電爐爐溫為800°C，鋁液溫度為740°C。(5)通電升溫2. 2h，待爐內的重熔用鋁錠全部熔化，調整溫度至718°C，然后小心加入步驟(3)中的工業純金屬錫、一級電解銅，繼續通電升溫至725°C保溫。(6)保溫ISmin后，充分攪拌，取樣檢測合金成分；銅(均值)3. 45% ;錫(均值)
3.56% ;鐵(均值)O. 085%。(7)調整鋁合金熔體溫度為721°C，將步驟(3)中完全干燥的一級氟鈦酸鉀的50%撒入鋁合金熔體內進行充分攪拌，將剩余的50%—級氟鈦酸鉀放入自動噴粉機中，以惰性氣體氬氣為載體將一級氟鈦酸鉀均勻的噴入鋁合金熔體內進行精煉，氬氣噴入的時間控制在15min，鋁液靜置18min后進行打渣、撈渣；(8)調整鋁合金熔液溫度為695°C，將步驟(3)中預熱的澆鑄模具取出，當模具溫度達到110°C時，進行澆鑄大錠、拉力試棒及制備其他檢測試塊。本次實驗品檢測結果(三次檢測的平均值)如下大錠的化學成分:銅3.47% M 3. 53% ;鈦0. 198 ;鐵 O. 087% ；制備的鋁錫合金材料拉力試棒的檢測結果抗拉強度為158Mpa，延伸率達18. 60% ；其它試塊的檢測結果為；HB硬度達49，疲勞強度105Mpa，磨損失量6.9X10_4g，抗咬 粘性能達到2級，摩擦系數為O. 040。實施例3 一種重載大功率車用發動機高純鋁錫合金軸承材料的制備方法，步驟是⑴基礎材料元素按質量百分比Sn :3. 9, Cu :3. 3, Al為余量，具體為總重量按95Kg計算，稱取工業純金屬錫3. 7Kg、一級電解銅3. lKg、特一級重熔用鋁錠88. 2Kg ；⑵稱取一級氟鈦酸鉀O. 7g ；⑶將步驟(I)、步驟(2)中的工業純金屬錫、一級電解銅、特二級重熔用鋁錠、一級氟鈦酸鉀、澆鑄模具放入溫度200°C的恒溫余熱干燥爐中干燥2h ；⑷將步驟(3)中的重熔用鋁錠放入CX-GR-150型工業電爐內，設定工業電爐爐溫為800°C，鋁液溫度為740°C。(5)通電升溫3. 0h，待爐內的重熔用鋁錠全部熔化，調整溫度至729°C，然后小心加入步驟(3)中的工業純金屬錫、一級電解銅，繼續通電升溫至716°C保溫。(6)保溫16min后，充分攪拌，取樣檢測合金成分；銅(均值)3. 29% ;錫(均值)
3.93% ;鐵(均值)O. 096%ο(7)調整鋁合金熔體溫度為713°C，將步驟(3)中完全干燥的一級氟鈦酸鉀的50%撒入鋁合金熔體內進行充分攪拌，將剩余的50%—級氟鈦酸鉀放入自動噴粉機中，以惰性氣體氬氣為載體將一級氟鈦酸鉀均勻的噴入鋁合金熔體內進行精煉，氬氣噴入的時間控制在lOmin，鋁液靜置20min后進行打渣、撈渣；(8)調整鋁合金熔液溫度為700°C，將步驟(3)中預熱的澆鑄模具取出，當模具溫度達到85°C時，進行澆鑄大錠、拉力試棒及制備其他檢測試塊。本次實驗品檢測結果(三次檢測的平均值)如下大錠的化學成分:銅3.31% M 3. 93% ;鈦0. 16% ;鐵 O. 095% ；制備的鋁錫合金材料拉力試棒的檢測結果抗拉強度為149Mpa，延伸率達18. 10% ；其它試塊的檢測結果為；HB硬度達49，疲勞強度97Mpa，磨損失量6.98X10_4g，抗咬粘性能達到2級，摩擦系數為O. 0385。此外，本發明還提供了本發明合金與AlSn6、AlSn20合金各項性能的對比。表I
權利要求
1.一種重載大功率車用發動機高純鋁錫合金軸承材料的制備方法，其特征在于具體步驟是 ⑴基礎材料元素的質量百分比要求為Sn 3 5%、Cu :2. 5 4. 5、Al余量，按以上比例分別稱取工業純金屬錫、一級電解銅、特二級重熔用鋁錠； ⑵按以上基礎材料元素投料總量的O. 5 I. 0%質量百分比稱取一級氟鈦酸鉀； ⑶將步驟(I)、步驟(2)中的工業純金屬錫、一級電解銅、特二級重熔用鋁錠、一級氟鈦酸鉀及澆鑄模具放入溫度200-300°C的恒溫預熱干燥爐中干燥2 3h ; ⑷將步驟(3)中的特二級重熔用鋁錠放入工業電爐內，設定工業電爐爐溫為800°C，鋁液溫度為740V ； (5)通電升溫2h 3h，待爐內的特二級重熔用鋁錠全部熔化，調整溫度至715 730°C，然后小心加入步驟(3)中的工業純金屬錫、一級電解銅，繼續通電升溫至700-730°C保溫； (6)保溫15-20min后,充分攪拌,取樣檢測合金成分； ⑴成分合格后，調整鋁合金熔體溫度在710 730°C范圍內，將步驟(3)中完全干燥的一級氟鈦酸鉀加入到鋁合金熔體內，靜止保溫15-20分鐘后進行充分攪拌并撈出浮渣； ⑶調整鋁合金熔液溫度在690°C 710°C范圍內，將步驟(3)中預熱的澆鑄模具取出，當模具溫度下降到150°C以下時，進行澆鑄。
2.根據權利要求I所述的重載大功率車用發動機高純鋁錫合金軸承材料的制備方法，其特征在于所述步驟(7)中一級氟鈦酸鉀的加入方式為首先將一級氟鈦酸鉀的一半撒入鋁合金熔體內進行充分攪拌，將剩余的一半一級氟鈦酸鉀放入自動噴粉機中，以惰性氣體氬氣為載體將一級氟鈦酸鉀均勻的噴入鋁合金熔體內，氬氣噴入的時間控制在10 15min。
全文摘要
本發明涉及一種重載大功率車用發動機高純鋁錫合金軸承材料的制備方法，具體步驟是⑴按比例分別稱取工業純金屬錫、一級電解銅、特二級重熔用鋁錠；⑵稱取一級氟鈦酸鉀；⑶放入恒溫預熱干燥爐中干燥⑷將特二級重熔用鋁錠放入工業電爐內；⑸待爐內的特二級重熔用鋁錠全部熔化，加入工業純金屬錫、一級電解銅；⑹取樣檢測合金成分；⑺將一級氟鈦酸鉀加入到鋁合金熔體內；⑻澆鑄。本發明所制備的鋁錫合金軸承材料的強度達140-165Mpa，延伸率達15-19%，HB硬度達45-51，疲勞強度90-106Mpa，磨損失量6.7-7X10-4g，抗咬粘性能達到2級，摩擦系數為0.038-0.042，是一種承載能力高，耐磨性、減摩性、抗咬粘性好且符合重載大功率車用發動機要求的軸承材料，具有廣泛的應用前景。
文檔編號C22C21/00GK102839302SQ20121030392
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月24日 優先權日2012年8月24日
發明者李志琴, 田紅杰, 霍慧娟, 翟盼盼, 齊寶蓮, 楊少云 申請人:天津立中合金集團有限公司