本發明涉及金屬材料冶煉
技術領域：
，具體涉及一種耐磨鋁合金及其制備工藝。
背景技術：
：鋁硅合金是一種常見的鋁合金，鋁硅比的變化可以使硬度產生非常大的影響，如硅含量7％以下時，鋁硅合金具有良好的延展性，而硅含量超過鋁硅共晶點(11.7％硅)后，合金中硅顆粒明顯增加，合金的硬度和耐磨性也顯著的增加，現有方法通過對鋁硅合金進行電化學處理以浸蝕表層鋁而保留基體中的硅，以進行一步提高其耐磨性和硬度，然而該方法存在操作復雜、處理質量不易控制的問題。鋁合金中通過使用的銅、鋅、錳、硅、鎂等合金元素，20世紀初由德國人發明，對飛機發展幫助極大，一次大戰后德國鋁合金成分被列為國家機密。跟普通的碳鋼相比，鋁合金有著更輕的優點及耐腐蝕的性能，但抗腐蝕性能不如純鋁，在干凈、干燥的環境下鋁合金的表面會形成保護的氧化層。造成電偶腐蝕加速的情況有：鋁合金與不銹鋼接觸的情況、其它金屬的腐蝕電位比鋁合金低或者是潮濕的環境下，如果鋁和不銹鋼要一同使用必須在有保護或者是戶外安裝兩金屬間電子或電解隔離。鋁合金是工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，有航空、航天、汽車、機械制造、船舶、鋁合金及化學工業中大量應用。純鋁的密度小，大約是鐵的1/3，熔點低，為660℃，鋁是面心立方結構，故具有很高的塑性，易于加工，可制成各種型材和板材，鋁合金的抗腐蝕性能好，但是純鋁的強度很低，不宜作結構材料，通過長期的生產實踐和科學實驗，人們逐漸加入合金元素及運用熱處理方法來強化鋁，這就得到了一繁殖的鋁合金。添加一定元素形成的合金在保持純鋁質輕等優點的同時還能具有較高的強度，這樣使得比強度勝過很多合金鋼，成為理想的結構材料，廣泛用于機械制造、運輸機械、動力機械及航空工業等方面，飛機的機身、蒙皮、壓氣機等常以鋁合金制造，以減輕自重，采用鋁合金代替鋼板材料的焊接，結構重量可減輕50％以上。鋁合金密度低，但是強度比較高，接近或者是超過優質鋼，塑性好，可加工成各種型材料，具有優良的導電性，導熱性和抗蝕性，工業上廣泛使用，使用量僅次于鋼。利用電解鋁液直接熔鑄的方法而獲得的鋁合金扁錠，存在著鑄坯表面質量差，如有裂紋、冷隔等缺陷，夾雜物含量高且分布不均勻，加工后產品力學性能低等多種問題。解決上述的問題的方法是，調整鋁合金中的強化元素、微量元素，合金元素，有害元素等成分重量比例。在鋁合金中添加何種元素，如金屬元素或者是其它的元素，以及添加的比例的不同，可導致鋁合金的性能不同，在耐磨性能上，需要選擇不同的元素進行組合。技術實現要素：針對現有技術的不足，本發明提供了一種耐磨鋁合金，增加了鋁合金的耐磨性，延長鋁合金的使用壽命。為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：一種耐磨鋁合金，以鋁合金型材的總量為基準，按重量百分比計，所述耐磨鋁合金含有以下元素：si6.18～12.87％，zn1.28～3.56％，mn0.89～1.75％，mg0.56～0.95％，ni0.12～0.31％，cu0.03～0.16％，ti0.26～0.48％，氮0.16～0.54％，微量元素0.005～0.12％，其余為al和不可避免的雜質。鋁合金中，鎂和硅同時加入鋁中形成強化相為mgsi的鋁鎂硅系合金，mgsi鎂元素能不僅可以提高鋁合金的抗腐蝕性，還能提高鋁合金的強度，增加其耐磨性；在鋁中同時加入鋅和鎂，形成強化相mg/zn2，對合金產生明顯的強化作用，明顯增加鋁合金的抗拉強度和屈服強度；鈦與鋁形成tial2相，成為結晶時的非自發核心，起細化鑄造組織和焊縫組織的作用，良好的晶粒細化作用實質上有助于改善鑄造性和機械性能；錳能阻止鋁合金的再結晶過程，提高再結晶溫度，并能顯著細化再結晶晶粒，其中再結晶晶粒的細化主要是通過mnal6化合物彌散質點對再結晶晶粒長大起阻礙作用，mnal6的還能溶解雜質鐵，形成(fe、mn)al6，減小鐵的有害影響；。影響鋁合金性能的主要因素就是各物質的配比，為了提高鋁合金的耐磨性、強度和耐腐蝕性，以鋁合金型材的總量為基準，按重量百分比計，所述耐磨鋁合金含有以下元素：si8.26～10.15％，zn1.84～2.37％，mn0.89～1.75％，mg0.56～0.95％，ni0.12～0.31％，cu0.03～0.16％，ti0.31～0.43％，氮0.38～0.50％，微量元素0.005～0.12％，其余為al和不可避免的雜質。氮化物具有很高的硬度，為了提高鋁合金的強度，本發明在鋁合金中引入氮化物，氮化物的含量對鋁合金的性能影響很大，氮化物含量過少又不能起到強化鋁合金，提高鋁合金強度的作用，進一步的，所述鋁合金型材中含有氮化物。氮化物的種類對合金的影響也很大，進一步的，所述氮化物為氮化鈦、氮化鋁和氮化硅中的至少一種。根據本發明，稀土金屬能與體系中的si、mn、ti的鋁化物形成新的多元彌散相，這種新的多元彌散相能強烈釘扎位錯和亞晶界，顯著抑制基體的再結晶，保留了以小角度晶界為主的纖維狀組織，從而改善了鋁合金型材的腐蝕性能，所述稀土元素為本領域技術人員所常知的稀土金屬，優選的，所述微量元素為錫、鈹、硼、鉻、鈷、鉬、鈧、釔、鈮、鑭系元素中的至少一種。對本發明所述硅高強度鋁合金進行性能檢測，所述耐磨鋁合金的磨損率為0.018～0.029gm-2s-1，硬度為95.9～126.9hbw。本發明還提供一種耐磨鋁合金的制備工藝，包括以下步驟：(1)配料及熔煉：將鋁礦、鋅礦、鎂礦、鎳礦、銅礦加入熔煉爐中，然后將爐腔抽真空至1×10-4pa，然后向爐腔內通入氮氣，使爐內氣壓達到40～50pa，升溫至620～630℃至礦料完全融化，然后在650～680℃下保溫3～5h，然后加入錳礦、硅礦進行沉淀、脫氧、扒渣，再向熔液中加入精煉劑，保溫30～120min，然后加入微量元素，調整鋁合金熔液成分至si6.18～12.87％，zn1.28～3.56％，mn0.89～1.75％，mg0.56～0.95％，ni0.12～0.31％，cu0.03～0.16％，ti0.26～0.48％，氮0.16～0.54％，微量元素0.005～0.12％；(2)后將合金注入鑄模，進行連續鑄造法，澆鑄速度為2.6-3.1m/h，得到合金鑄錠；(3)在真空條件下，將鋁合金鑄錠升溫至350～360℃下保溫1～2h，繼續加熱至550～560℃，保溫30～60min，然后油冷至250～260℃，再空冷至室溫；(4)對鋁合金鑄錠進行首次時效處理，隨后保溫，再進行第二次時效處理。優選的，所述精煉劑包括nacl、na2sif6、na2so4、caf2、camg(co3)2、na3alf6、na2s2o3、naf和c6cl6中的至少一種。優選的，在步驟(4)中，所述首次時效處理的溫度為160-168℃，保溫時間為8～12個小時。優選的，所述第二次時效處理工藝為溫度為100～160℃，隨后保溫時間為15～20小時。與現有技術相比，本發明具有的有益效果為：(1)通過在鋁合金中引入耐磨材料氮化物，不僅提高了鋁合金的耐磨性，還提高了鋁合金的硬度和合金的強度；(2)本發明的鋁合金的各種元素，相互協同作用，增強鋁合金的耐磨性能，某些元素過量，會導致其其它性能如抗蝕性的下降，因此，必須在本發明所限定的范圍內，其耐磨性能最好。；本發明的含硅高強度鋁合金中含有耐磨材料氮化物，提高了鋁合金的耐磨性，此外，氮化物具有硬度大、強度高的特點，從而提高鋁合金的強度和硬度，本發明的耐磨鋁合金的磨損率為0.018～0.029gm-2s-1，硬度為95.9～126.9hbw，而且其耐堿蝕性也有顯著的提高。具體實施方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。本發明中鋁合金型材的抗壓強度采用萬能電子試驗機測量，硬度用數顯布氏硬度計測量。實施例1一種耐磨鋁合金，以鋁合金型材的總量為基準，按重量百分比計，所述耐磨鋁合金含有以下元素：si9.13％，zn1.92％，mn1.34％，mg0.72％，ni0.23％，cu0.10％，ti0.34％，氮0.40％，鑭系元素0.09％，其余為al和不可避免的雜質，其中，所述鋁合金型材中氮元素以氮化物的形式存在，所述氮化物為氮化鈦；所述耐磨鋁合金的制備工藝包括以下步驟：(1)配料及熔煉：將鋁礦、鋅礦、鎂礦、鎳礦、銅礦加入熔煉爐中，然后將爐腔抽真空至1×10-4pa，然后向爐腔內通入氮氣，使爐內氣壓達到45pa，升溫至625℃至礦料完全融化，然后在660℃下保溫4h，然后加入錳礦、硅礦進行沉淀、脫氧、扒渣，再向熔液中加入nacl，保溫60min，然后加入鑭系元素，調整鋁合金熔液成分至si9.13％，zn1.92％，mn1.34％，mg0.72％，ni0.23％，cu0.10％，ti0.34％，氮0.40％，鑭系元素0.09％；(2)后將合金注入鑄模，進行連續鑄造法，澆鑄速度為2.8m/h，得到合金鑄錠；(3)在真空條件下，將鋁合金鑄錠升溫至350℃下保溫1h，繼續加熱至550℃，保溫30min，然后油冷至250℃，再空冷至室溫；(4)對鋁合金鑄錠進行首次時效處理，所述首次時效處理的溫度為160℃，保溫時間為8個小時，隨后保溫，再進行第二次時效處理，所述第二次時效處理工藝為溫度為120℃，隨后保溫時間為15小時。實施例2一種耐磨鋁合金，以鋁合金型材的總量為基準，按重量百分比計，所述耐磨鋁合金含有以下元素：si8.23％，zn2.79％，mn1.56％，mg0.82％，ni0.18％，cu0.09％，ti0.33％，氮0.44％，釔系元素0.07％，其余為al和不可避免的雜質，其中，所述鋁合金型材中氮元素以氮化物的形式存在，所述氮化物為氮化鋁；所述耐磨鋁合金的制備工藝包括以下步驟：(1)配料及熔煉：將鋁礦、鋅礦、鎂礦、鎳礦、銅礦加入熔煉爐中，然后將爐腔抽真空至1×10-4pa，然后向爐腔內通入氮氣，使爐內氣壓達到40pa，升溫至620℃至礦料完全融化，然后在650℃下保溫3h，然后加入錳礦、硅礦進行沉淀、脫氧、扒渣，再向熔液中加入na2sif6，保溫40min，然后加入釔系元素，調整鋁合金熔液成分至si8.23％，zn2.79％，mn1.56％，mg0.82％，ni0.18％，cu0.09％，ti0.33％，氮0.44％，釔系元素0.07％；(2)后將合金注入鑄模，進行連續鑄造法，澆鑄速度為2.9m/h，得到合金鑄錠；(3)在真空條件下，將鋁合金鑄錠升溫至350℃下保溫1h，繼續加熱至550℃，保溫40min，然后油冷至255℃，再空冷至室溫；(4)對鋁合金鑄錠進行首次時效處理，所述首次時效處理的溫度為166℃，保溫時間為10個小時，隨后保溫，再進行第二次時效處理，所述第二次時效處理工藝為溫度為130℃，隨后保溫時間為18小時。實施例3一種耐磨鋁合金，以鋁合金型材的總量為基準，按重量百分比計，所述耐磨鋁合金含有以下元素：si9.23％，zn1.95％，mn0.95％，mg0.82％，ni0.30％，cu0.14％，ti0.39％，氮0.45％，鈮系元素0.06％，其余為al和不可避免的雜質，其中，所述鋁合金型材中氮元素以氮化物的形式存在，所述氮化物為氮化硅；所述耐磨鋁合金的制備工藝包括以下步驟：(1)配料及熔煉：將鋁礦、鋅礦、鎂礦、鎳礦、銅礦加入熔煉爐中，然后將爐腔抽真空至1×10-4pa，然后向爐腔內通入氮氣，使爐內氣壓達到45pa，升溫至620℃至礦料完全融化，然后在650℃下保溫3h，然后加入錳礦、硅礦進行沉淀、脫氧、扒渣，再向熔液中加入na2so4，保溫80min，然后加入鈮系元素，調整鋁合金熔液成分至si9.23％，zn1.95％，mn0.95％，mg0.82％，ni0.30％，cu0.14％，ti0.39％，氮0.45％，鈮系元素0.06％；(2)后將合金注入鑄模，進行連續鑄造法，澆鑄速度為2.8m/h，得到合金鑄錠；(3)在真空條件下，將鋁合金鑄錠升溫至350℃下保溫1h，繼續加熱至550℃，保溫60min，然后油冷至255℃，再空冷至室溫；(4)對鋁合金鑄錠進行首次時效處理，所述首次時效處理的溫度為160℃，保溫時間為9個小時，隨后保溫，再進行第二次時效處理，所述第二次時效處理工藝為溫度為150℃，隨后保溫時間為17小時。實施例4一種耐磨鋁合金，以鋁合金型材的總量為基準，按重量百分比計，所述耐磨鋁合金含有以下元素：si6.18％，zn1.28％，mn0.89％，mg0.565％，ni0.12％，cu0.03％，ti0.26％，氮0.16％，錫系元素0.005％，其余為al和不可避免的雜質，其中，所述鋁合金型材中氮元素以氮化物的形式存在，所述氮化物為氮化鈦；所述耐磨鋁合金的制備工藝包括以下步驟：(1)配料及熔煉：將鋁礦、鋅礦、鎂礦、鎳礦、銅礦加入熔煉爐中，然后將爐腔抽真空至1×10-4pa，然后向爐腔內通入氮氣，使爐內氣壓達到40pa，升溫至620℃至礦料完全融化，然后在650℃下保溫3h，然后加入錳礦、硅礦進行沉淀、脫氧、扒渣，再向熔液中加入nacl，保溫30min，然后加入錫系元素，調整鋁合金熔液成分至si6.18％，zn1.28％，mn0.89％，mg0.565％，ni0.12％，cu0.03％，ti0.26％，氮0.16％，錫系元素0.005％；(2)后將合金注入鑄模，進行連續鑄造法，澆鑄速度為2.6m/h，得到合金鑄錠；(3)在真空條件下，將鋁合金鑄錠升溫至350℃下保溫1h，繼續加熱至550℃，保溫30min，然后油冷至250℃，再空冷至室溫；(4)對鋁合金鑄錠進行首次時效處理，所述首次時效處理的溫度為160℃，保溫時間為8個小時，隨后保溫，再進行第二次時效處理，所述第二次時效處理工藝為溫度為100℃，隨后保溫時間為15小時。實施例5一種耐磨鋁合金，以鋁合金型材的總量為基準，按重量百分比計，所述耐磨鋁合金含有以下元素：si12.87％，zn3.56％，mn1.75％，mg0.95％，ni0.31％，cu0.16％，ti0.48％，氮0.54％，鈹系元素0.12％，其余為al和不可避免的雜質，其中，所述鋁合金型材中氮元素以氮化物的形式存在，所述氮化物為氮化鈦；所述耐磨鋁合金的制備工藝包括以下步驟：(1)配料及熔煉：將鋁礦、鋅礦、鎂礦、鎳礦、銅礦加入熔煉爐中，然后將爐腔抽真空至1×10-4pa，然后向爐腔內通入氮氣，使爐內氣壓達到40pa，升溫至630℃至礦料完全融化，然后在680℃下保溫5h，然后加入錳礦、硅礦進行沉淀、脫氧、扒渣，再向熔液中加入na2sif6，保溫120min，然后加入鈹系元素，調整鋁合金熔液成分至si12.87％，zn3.56％，mn1.75％，mg0.95％，ni0.31％，cu0.16％，ti0.48％，氮0.54％，鈹系元素0.12％；(2)后將合金注入鑄模，進行連續鑄造法，澆鑄速度為3.1m/h，得到合金鑄錠；(3)在真空條件下，將鋁合金鑄錠升溫至360℃下保溫2h，繼續加熱至560℃，保溫60min，然后油冷至260℃，再空冷至室溫；(4)對鋁合金鑄錠進行首次時效處理，所述首次時效處理的溫度為168℃，保溫時間為12個小時，隨后保溫，再進行第二次時效處理，所述第二次時效處理工藝為溫度為160℃，隨后保溫時間為20小時。對比例1一種耐磨鋁合金，以鋁合金型材的總量為基準，按重量百分比計，所述耐磨鋁合金含有以下元素：si3.14％，zn0.56％，mn0.56％，mg0.97％，ni0.10％，cu0.12％，ti0.26％，氮0.16％，錫系元素0.01％，其余為al和不可避免的雜質，其中，所述鋁合金型材中氮元素以氮化物的形式存在，所述氮化物為氮化鈦；所述耐磨鋁合金的制備工藝包括以下步驟：(1)配料及熔煉：將鋁礦、鋅礦、鎂礦、鎳礦、銅礦加入熔煉爐中，然后將爐腔抽真空至1×10-4pa，然后向爐腔內通入氮氣，使爐內氣壓達到45pa，升溫至625℃至礦料完全融化，然后在660℃下保溫4h，然后加入錳礦、硅礦進行沉淀、脫氧、扒渣，再向熔液中加入nacl，保溫60min，然后加入錫系元素，調整鋁合金熔液成分至si9.13％，zn1.92％，mn1.34％，mg0.72％，ni0.23％，cu0.10％，ti0.34％，氮0.40％，鑭系元素0.09％；(2)后將合金注入鑄模，進行連續鑄造法，澆鑄速度為2.8m/h，得到合金鑄錠；(3)在真空條件下，將鋁合金鑄錠升溫至350℃下保溫1h，繼續加熱至550℃，保溫30min，然后油冷至250℃，再空冷至室溫；(4)對鋁合金鑄錠進行首次時效處理，所述首次時效處理的溫度為160℃，保溫時間為8個小時，隨后保溫，再進行第二次時效處理，所述第二次時效處理工藝為溫度為120℃，隨后保溫時間為15小時。對比例2一種耐磨鋁合金，以鋁合金型材的總量為基準，按重量百分比計，所述耐磨鋁合金含有以下元素：si14.45％，zn0.34％，mn0.12％，mg1.45％，ni0.02％，cu0.45％，ti0.12％，氮0.05％，鈹系元素0.045％，其余為al和不可避免的雜質，其中，所述鋁合金型材中氮元素以氮化物的形式存在，所述氮化物為氮化鈦，所述耐磨鋁合金的制備工藝包括以下步驟：(1)配料及熔煉：將鋁礦、鋅礦、鎂礦、鎳礦、銅礦加入熔煉爐中，然后將爐腔抽真空至1×10-4pa，然后向爐腔內通入氮氣，使爐內氣壓達到40pa，升溫至620℃至礦料完全融化，然后在650℃下保溫3h，然后加入錳礦、硅礦進行沉淀、脫氧、扒渣，再向熔液中加入na2sif6，保溫40min，然后加入鈹系元素，調整鋁合金熔液成分至si8.23％，zn2.79％，mn1.56％，mg0.82％，ni0.18％，cu0.09％，ti0.33％，氮0.44％，釔系元素0.07％；(2)后將合金注入鑄模，進行連續鑄造法，澆鑄速度為2.9m/h，得到合金鑄錠；(3)在真空條件下，將鋁合金鑄錠升溫至350℃下保溫1h，繼續加熱至550℃，保溫40min，然后油冷至255℃，再空冷至室溫；(4)對鋁合金鑄錠進行首次時效處理，所述首次時效處理的溫度為166℃，保溫時間為10個小時，隨后保溫，再進行第二次時效處理，所述第二次時效處理工藝為溫度為130℃，隨后保溫時間為18小時。表1實施例1-5、對比例1-2中耐磨鋁合金相關性能實施例磨損率/(gm-2s-1)硬度/(hbw)實施例10.019118.4實施例20.021117.8實施例30.020118.1實施例40.026110.4實施例50.025110.5對比例10.23497.2對比例20.19697.6以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應含在本發明的保護范圍之內。當前第1頁12