一種鋁基-鋼雙金屬軸瓦材料及其制備工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及軸瓦材料的技術領域，具體涉及一種鋁基-鋼雙金屬軸瓦材料及其制備工藝。
【背景技術】
[0002]軸瓦是內燃機、壓力機等機械設備中承載運動、降低摩擦、減少磨損的關鍵零部件。軸瓦材料的好壞直接影響軸瓦的工作穩定性和使用壽命。隨著內燃機向高速、高承載、環保方向發展，對軸瓦性能的要求不斷提高，軸瓦不僅要有良好的減摩性和耐磨性，也要有較的高承載能力和抗疲勞性能，同時還需具有良好的經濟型和低碳環保性。
[0003]目前，國內廣泛使用銅鉛合金作為軸瓦材料，這種軸瓦材料雖然具有較高的疲勞強度，但是，其成本較高，而且含有污染元素鉛，對人體和環境均有不同程度的危害，不符合國家的節能減排要求。
【發明內容】
[0004]針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種制備工藝簡單、生產成本低、使用性能佳、環保性能優的鋁基-鋼雙金屬軸瓦材料及其制備工藝，此軸瓦材料可用于中高載荷、中高轉速的內燃機、壓力機。
[0005]為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。
[0006](一)一種鋁基-鋼雙金屬軸瓦材料，其特征在于，由鋁覆蓋層、鋁基合金層、招過渡層和低碳鋼層所組成;其中，鋁基合金層為內生TiB2顆粒增強型鋁錫銅合金。
[0007]優選地，所述鋁覆蓋層、鋁基合金層、鋁過渡層和低碳鋼層的厚度分別為20?60μm、0.5?2.5mm、25?65um、l.5?4.0mm0
[0008]優選地，所述內生TiB2顆粒增強型鋁錫銅合金以內生TiB2顆粒作為增強體，以鋁錫銅合金作為基體合金;其中，內生TiB2顆粒的體積百分比為4.0?12.0 %。
[0009]所述基體合金的主體元素為鋁，并含有錫、銅、鋅、錳，基體合金中各元素的質量百分比為:錫6.0?15.0%、銅0.8?1.5%、鋅0.6?1.2%、錳0.5?1.0%，余量為鋁。
[0010](二)上述鋁基-鋼雙金屬軸瓦材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0011](I)準備材料:按照上述基體合金中各元素的質量百分比配備鋁錠、錫塊、鋁銅鋅猛中間合金，備用；
[0012](2)制備鋁基合金層:700?750°C熔化鋁錠，得鋁熔體，并加熱至900?930°C;向鋁熔體中加入反應物K2TiF6-KBF4混合鹽、反應助劑Na3AlF6-MgCl2混合鹽，用石墨棒充分攪拌，反應15?20min，生成TiB2，即為內生TiB2顆粒，得到含有內生TiB2顆粒的鋁熔體;將含有內生TiB2顆粒的鋁熔體的溫度降至750?780°C，并加入鋁銅鋅錳中間合金和錫塊，得合金熔體；以NaCl-KCl-CaF2混合鹽作為精煉劑，對合金熔體精煉后，澆注到鑄模中，獲得內生TiB2顆粒增強型鋁錫銅合金板材，作為鋁基合金層;其中，所述K2TiF6-KBF4混合鹽是按T1:B為I:2的摩爾比配制而成，所述反應助劑Na3AlF6-MgCl2混合鹽中Na3AlF6和MgCl2的質量比為3:1;
[0013](3)包鋁乳制:將內生TiB2顆粒增強型鋁錫銅合金板材的表面進行刷光后，用厚度為0.5?1.5mm的純鋁板包覆，并經過2?4道連續乳制，乳制成總厚度為3?6_的復合式鋁合金帶，其中，初始乳制壓下率為50?60%，后續乳制壓下率小于35%;然后將復合式鋁合金帶在氬氣或氮氣保護下在350°C的電阻爐內進行1.5?2.5h退火處理，并刷光，備用；
[0014](4)制作鋼帶:選用低碳鋼板制作低碳鋼帶，先對低碳鋼帶脫脂除銹，再用砂帶對低碳鋼帶表面進行打磨粗化，備用；
[0015](5)冷乳復合:在室溫下，采用雙輥復合乳機，將步驟(3)中經過刷光處理的復合式鋁基合金帶和步驟(4)中經過打磨粗化的低碳鋼帶依次進行I道粗乳和2道精乳，最終復合乳制成由鋁覆蓋層、鋁基合金層、鋁過渡層和低碳鋼層所組成的鋁基-鋼雙金屬軸瓦材料。
[0016]優選地，步驟(2)中，所述反應助劑Na3AlF6-MgCl2混合鹽的總質量為反應物K2TiF6-KBF4混合鹽質量的7?9%。
[0017]優選地，步驟(2)中，所述鋁銅鋅錳中間合金為鋁錠、鋅板、A1-12CU中間合金、Al-6Mn中間合金經真空感應爐熔煉后，700?750°C澆注而成。
[0018]優選地，步驟(2)中，所述NaCl-KCl-CaF2混合鹽的用量為基體合金質量的2.5?3.5%，所述基體合金的質量為所述鋁錠、錫塊和鋁銅鋅錳中間合金的總質量，并且K2TiF6-KBF4混合鹽的質量與基體合金的質量比為1: 1.2?1:2.6。
[0019]優選地，步驟(2)中，所述NaCl-KCl-CaF2混合鹽中NaCl、KCl和CaF2的質量比為4:4:1o
[0020]優選地，步驟(2)中，所述對熔體精煉后，將熔體的溫度降至710?730°C，并充分攪拌，再進行澆注。
[0021]優選地，步驟(5)中，還將所述鋁基-鋼雙金屬軸瓦材料置于350°C氮氣或氬氣保護氣氛的退火爐內進行1.5?2.5h退火處理，所得鋁基-鋼雙金屬軸瓦材料的總厚度為2.5?
6.5mm ο
[0022]本發明中，所述K2TiF6-KBF4混合鹽為K2TiF6和KBF4經常溫物理混合所得；所述Na3AlF6-MgCl2混合鹽為Na3AlF6和MgCl2經常溫物理混合所得;所述NaCl-KCl-CaF2混合鹽為NaCl、KC1和CaF2經常溫物理混合所得。
[0023]本發明中，所述刷光為本領域常規操作，一般采用鋼絲直徑為0.2mm的鋼絲刷進行刷光，使合金板表面均勻呈銀白色，潔凈，無明顯打滑亮跡。
[0024]本發明中，所述純鋁板為本領域常規所用，一般為工業純鋁板，其中鋁含量299.6%，市售可得。
[0025]本發明中，所述低碳鋼板為本領域常規所用，一般為碳含量小于0.2 %的低碳鋼板，本發明選用的是厚度為5mm?7.0mm的08F低碳鋼板，市售可得。
[0026]本發明中，所述退火為本領域常規操作，可有效增加鋁基合金層與鋼板的界面結合車度。
[0027]與現有技術相比，本發明的有益效果如下:
[0028]與傳統軸瓦材料AlSn20Cu相比，本發明鋁基-鋼雙金屬軸瓦材料的鋁基合金層與鋼板的界面結合強度高，鋁基-鋼雙金屬軸瓦材料的承載能力強且減摩性好，軸瓦工作穩定、使用壽命長；同時，本發明鋁基-鋼雙金屬軸瓦材料的錫含量較低，熔煉溫度低、熔煉能耗少，從而使得生產成本低;另外，本發明鋁基-鋼雙金屬軸瓦材料不含鉛、鎘等有污染的重金屬元素，環保無污染，符合國內外對軸瓦材料環保性能的要求。
【具體實施方式】
[0029]下面結合實施例對本發明做進一步詳細說明，但是以下實施例并不作為限制本發明的保護范圍。
[0030]實施例1
[0031 ] (I)按照T1:B= 1:2的摩爾比配6.30Kg K2TiF6-KBF4混合鹽作為反應物，按照Al: Sn:01:211:111 = 85.0:12:1.2:1.0:0.8的質量比配制10.2敁基體合金，基體合金由鋁錠、鋁銅鋅錳中間合金和錫塊組成;按照Na3AlF6 = MgCl2 = 3: I的質量比配制0.50Kg Na3AlF6-MgCI2混合鹽作為反應助劑;按照NaCl: KCl: CaF2 = 4: 4: I的質量比配制0.31Kg NaCl-KCl-CaF2混合鹽作為精煉劑，其總量為基體合金質量的3%。
[0032](2)7000C熔化鋁錠，并過熱至920°C，向其中加入經過干燥處理的上述混合鹽和反應助劑，充分攪拌20min，得到含有內生TiB2顆粒的鋁熔體，待含有內生TiB2顆粒的鋁熔體平靜、反應結束后，清除鹽渣;然后將含有內生TiB2顆粒的鋁熔體降溫至750°C，添加鋁銅鋅錳中間合金和工業純錫塊，750°C保溫熔化后，得熔體；以NaCl-KCl-CaF2混合鹽作為精煉劑，對熔體精煉，再降溫至720°C并充分攪拌，澆注到鑄模中，獲得內生TiB2顆粒增強型鋁錫銅合金板材，作為鋁基合金層;其中，內生TiB2顆粒增強型鋁錫銅合金板材中內生TiB2顆粒的體積百分比為6.8%。
[0033](3)將內生TiB2顆粒增強型鋁錫銅合金板材的表面進行機械刷光后，立即用厚度為0.8mm的招箔包覆，并經過3道連續乳制，乳制成總厚度為5.5mm的復合式招合金帶，初始乳制壓下率為50%，后續乳制壓下率小于35% ;然后將復合式鋁合金帶在350°C氬氣保護電阻爐內進行2.0h退火處理，并刷光，備用；
[0034](4)選用厚度為9.0mm的08F低碳鋼板制作鋼帶，先用10%的硝酸溶液對低碳鋼帶進行脫脂除銹處理，再用砂帶對低碳鋼帶表面進行打磨粗化，備用；
[0035](5)在室溫下，采用雙輥復合乳機，將步驟(3)中經過刷光處理的“鋁-鋁合金-鋁”復合式鋁基合金帶和步驟(4)中經過打磨粗化的低碳鋼帶進行I道粗乳和2道精乳，最終復合乳制成由鋁覆蓋層、鋁基合金層、鋁過渡層和低碳鋼層所組成的鋁基-鋼雙金屬軸瓦材料，總厚度為3.5mm，其中，鋁覆蓋層、鋁基合金層、鋁過渡層和低碳鋼層的厚度分別為32?38μπι、1.03?1.12mm、35?41μπι、2.3?2.4mm，最后將鋁基-鋼雙金屬軸瓦材料在350°C箱式電阻爐內進行2h再結晶退火。
[0036]上述所得鋁基-鋼雙金屬軸瓦材料的界面結合強度為92.8MPa、抗疲勞強度為45MPa、鋁基合金層硬度為39.1HBS，該軸瓦材料經180°彎曲試驗無分層開裂現象。
[0037]實施例2
[0038](I)按照T1: B= 1: 2的摩爾比配制4.6Kg K2TiF6-KBF4混合鹽作為反應物，按照Al:311:01:211:111 = 85.0:12:1.2:1.0:0.8的質量比配制10.3敁基體合金，基體合金由鋁錠、鋁銅鋅錳中間合金和錫塊組成;按照Na3AlF6:MgCl2 = 3:l的質量比配制0.32Kg Na3AlF6-MgCl2混合鹽作為反應助劑；按照NaCl:KCl: CaF