專利名稱：一種提高摩擦磨損性能的銅鋅鋁形狀記憶合金的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于銅基形狀記憶合金制備技術領域，特指一種提高摩擦磨損性能的銅鋅鋁形狀記憶合金。
背景技術：
形狀記憶合金無論在生產(chǎn)工藝，還是在材料及元件的應用上都在不斷的開拓和發(fā)展，迅速應用到國防、汽車、機械、能源、交通及生物學等領域。Cu基形狀記憶合金是國內(nèi)外過去二十多年來積極研究和開發(fā)的新型功能材料之一，目前已在Cu-Zn、Cu-Zn-Al> Cu-Sn>Cu-Al-Ni, Cu-Al-Be, Cu-Sn-Si, Cu-Zn-Ga等數(shù)十種銅基合金發(fā)現(xiàn)有良好的形狀記憶效應。在銅基形狀記憶合金中研究最多并已得到應用的是Cu-Zn-Al和Cu-Al-Ni合金。銅鋅鋁形狀記憶合金作為銅基記憶合金中最具有實用價值的合金之一，具有生產(chǎn)工藝簡單，成本低廉(價格僅為N1-Ti系合金的十分之一)，有良好的記憶性能(僅次于N1-Ti系合金)，其相變點可以在-100°C 300°C范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，應用前景非常廣闊。作為一種實用性材料，銅鋅鋁形狀記憶合金倍受關注的問題是合金雙程記憶性能的衰減現(xiàn)象、熱循環(huán)對形狀記憶效應的影響、熱彈性馬氏體穩(wěn)定化等嚴重影響了該合金在冷熱環(huán)境下的使用性能，極大的限制了其應用范圍，要想擴大應用范圍需要解決的主要問題是提高塑性，改善形狀記憶效應對熱循環(huán)和反復變形的穩(wěn)定性等問題。因此，研究和開發(fā)新型熱疲勞性能優(yōu)異的銅鋅鋁形狀記憶合金具有重大意義。本發(fā)明開發(fā)出一 種提高摩擦磨損性能的銅鋅鋁形狀記憶合金。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明開發(fā)出一種提高摩擦磨損性能的銅鋅鋁形狀記憶合金，其特征為:以電解銅、鋅錠O號、工業(yè)鋁錠AOO號、1#電解鎳、復合稀土變質(zhì)劑(其中La48-52wt%、Ce48-52wt%)為原料，按 Zn25.5-26.5wt%、A13.5_4wt%、Ni0.8-1.2wt%、復合稀土 0.06-0.lwt%、余量是Cu的比例稱重后在中頻感應熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:加入電解銅、電解鎳、鋅錠，鋁錠，期間要撒占合金重量為0.2被％硼砂覆蓋，待材料全部熔化后，升溫至1280°C采用沖入法加入復合稀土變質(zhì)劑，熔煉后澆注成直徑為Φ80Χ250πιπι的鑄錠。均勻化退火處理是加熱到820°C保溫24小時后隨爐冷卻，然后去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在850°C保溫半小時后鍛打成35X35mm的棒材。熱處理米用以下二種方式，一是進行水淬加時效，二是油淬加時效的處理，即800°C固溶處理60分鐘后立即淬入室溫水或室溫油中，待冷卻后再放入沸水中時效處理30分鐘后取出空冷。該方法制備的銅鋅鋁形狀記憶合金材料的摩擦磨損性能得到顯著提高。將棒材加工成國家標準試棒，室溫拉伸力學性能測試在WE-10型液壓式拉伸實驗機上進行。再在棒材上取樣,通過線切割加工出摩擦磨損試樣,摩擦磨損試樣為圓環(huán)狀,具體尺寸:外徑Φ50臟，內(nèi)孔Φ10 mm，環(huán)厚度8mm。對磨件尺寸同上，材質(zhì)為45#鋼，硬度50 — 54HRC。摩擦磨損是在國產(chǎn)MM-2000型銷盤式試驗機上進行。磨損量以試樣磨損前后的質(zhì)量差來衡量，稱量采用MAllO電子分析天平，精度為0.0OOlg。摩擦磨損類型為油潤滑摩擦磨損，所用潤滑油為46#機油，滴油速度為30滴每分鐘。各試樣開始試驗前，先進行30min的預跑合，跑合完畢后測定原始重量，然后加載至預定的載荷進行預定時間的磨損試驗。摩擦磨損試驗結束后，將試樣用丙酮超聲清洗30min，再測定試樣的重量，并計算出試樣的磨損量(磨損失重)。每次測試前試樣和對磨件都要用丙酮清洗，每次測試后下一次測試前要將對磨件用砂紙磨到1200號，防止下一次測試時對磨件的表面粗糙度發(fā)生變化。實驗中，鋼環(huán)轉速200r/min，銅環(huán)轉速180r/min，相對滑動速度0.05236m/s。


圖1載荷200N時不同熱處理狀態(tài)的銅鋅鋁形狀記憶合金磨損量的變化 圖2載荷400N時不同熱處理狀態(tài)的銅鋅鋁形狀記憶合金磨損量的變化 圖3載荷600N時不同熱處理狀態(tài)的銅鋅鋁形狀記憶合金磨損量的變化 圖4載荷800N時不同熱處理狀態(tài)的銅鋅鋁形狀記憶合金磨損量的變化。
具體實施方式
實施例1
以電解銅、鋅錠O號、工業(yè)鋁錠AOO號、1#電解鎳、復合稀土變質(zhì)劑(其中La48-52wt%、Ce48-52wt%)為原料，按 Zn25.5-26.5wt%、A13.5_4wt%、Ni0.8-1.2wt%、復合稀土0.06-0.lwt%、余量是Cu的比例稱重后在中頻感應熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:加入電解銅、電解鎳、鋅錠，鋁錠，期間要撒占合金重量為0.2被％硼砂覆蓋，待材料全部熔化后，升溫至1280°C采用沖入法加入復合稀土變質(zhì)劑，熔煉后澆注成直徑為Φ80Χ250πιπι的鑄錠。均勻化退火處理是加熱到820°C保溫24小時后隨爐冷卻，然后去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在850°C保溫半小時后鍛打成35X35_的棒材。將棒材加工成國家標準試棒，室溫拉伸力學性能測試在WE-10型液壓式拉伸實驗機上進行。經(jīng)該工藝方法處理后測得記憶合金抗拉強度520.4MPa，伸長率7.5wt%,顯微硬度126.7HV。再在棒材上取樣，通過線切割加工出摩擦磨損試樣，摩擦磨損試樣為圓環(huán)狀，具體尺寸:外徑Φ50 mm，內(nèi)孔Φ10 mm，環(huán)厚度8mm。對磨件尺寸同上，材質(zhì)為45# 鋼，硬度50 — 54HRC。摩擦磨損是在國產(chǎn)MM-2000型銷盤式試驗機上進行。磨損量以試樣磨損前后的質(zhì)量差來衡量，稱量采用MAllO電子分析天平，精度為0.0OOlg0摩擦磨損類型為油潤滑摩擦磨損，所用潤滑油為46#機油，滴油速度為30滴每分鐘。各試樣開始試驗前，先進行30min的預跑合，跑合完畢后測定原始重量，然后加載至預定的載荷進行預定時間的磨損試驗。摩擦磨損試驗結束后，將試樣用丙酮超聲清洗30min，再測定試樣的重量，并計算出試樣的磨損量(磨損失重)。每次測試前試樣和對磨件都要用丙酮清洗，每次測試后下一次測試前要將對磨件用砂紙磨到1200號，防止下一次測試時對磨件的表面粗糙度發(fā)生變化。實驗中，鋼環(huán)轉速200r/min，銅環(huán)轉速180r/min，相對滑動速度0.05236m/so試樣標記為鑄態(tài)，摩擦磨損性能如圖1至圖4所示。實施例2
以電解銅、鋅錠O號、工業(yè)鋁錠AOO號、1#電解鎳、復合稀土變質(zhì)劑(其中La48-52wt%、Ce48-52wt%)為原料，按 Zn25.5-26.5wt%、A13.5_4wt%、Ni0.8-1.2wt%、復合稀土0.06-0.lwt%、余量是Cu的比例稱重后在中頻感應熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:加入電解銅、電解鎳、鋅錠，鋁錠，期間要撒占合金重量為0.2被％硼砂覆蓋，待材料全部熔化后，升溫至1280°C采用沖入法加入復合稀土變質(zhì)劑，熔煉后澆注成直徑為Φ80Χ250πιπι的鑄錠。均勻化退火處理是加熱到820°C保溫24小時后隨爐冷卻，然后去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在850°C保溫半小時后鍛打成35X35mm的棒材。然后進行水淬加時效處理，即800°C固溶處理60分鐘后立即淬入室溫水中，待冷卻后再放入沸水中時效處理30分鐘后取出空冷。將棒材加工成國家標準試棒，室溫拉伸力學性能測試在WE-10型液壓式拉伸實驗機上進行。經(jīng)該工藝方法處理后測得記憶合金抗拉強度690.6MPa，伸長率12.9wt%,顯微硬度167.7HV。再在棒材上取樣，通過線切割加工出摩擦磨損試樣，摩擦磨損試樣為圓環(huán)狀，具體尺寸:外徑Φ50 mm，內(nèi)孔Φ10 mm,環(huán)厚度8mm。對磨件尺寸同上，材質(zhì)為45#鋼，硬度50 —54HRC。摩擦磨損是在國產(chǎn)MM-2000型銷盤式試驗機上進行。磨損量以試樣磨損前后的質(zhì)量差來衡量，稱量采用MAllO電子分析天平，精度為0.0OOlg0摩擦磨損類型為油潤滑摩擦磨損，所用潤滑油為46#機油，滴油速度為30滴每分鐘。各試樣開始試驗前，先進行30min的預跑合，跑合完畢后測定原始重量，然后加載至預定的載荷進行預定時間的磨損試驗。摩擦磨損試驗結束后，將試樣用丙酮超聲清洗30min，再測定試樣的重量，并計算出試樣的磨損量(磨損失重)。每次測試前試樣和對磨件都要用丙酮清洗，每次測試后下一次測試前要將對磨件用砂紙磨到1200號，防止下一次測試時對磨件的表面粗糙度發(fā)生變化。實驗中，鋼環(huán)轉速200r/min，銅環(huán)轉速180r/min，相對滑動速度0.05236m/s。試樣標記為水淬+時效，摩擦磨損性能如圖1至圖4所示。實施例3
以電解銅、鋅錠O號、工業(yè)鋁錠AOO號、1#電解鎳、復合稀土變質(zhì)劑(其中La48-52wt%、Ce48-52wt%)為原料，按 Zn25.5-26.5wt%、A13.5_4wt%、Ni0.8-1.2wt%、復合稀土
0.06-0.lwt%、余量是Cu的比例稱重后在中頻感應熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:加入電解銅、電解鎳、鋅錠，鋁錠，期間要撒占合金重量為0.2被％硼砂覆蓋，待材料全部熔化后，升溫至1280°C采用沖入法加入復合稀土變質(zhì)劑，熔煉后澆注成直徑為Φ80Χ250πιπι的鑄錠。均勻化退火處理是加熱到820°C保溫24小時后隨爐冷卻，然后去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在850°C保溫半小時后鍛打成35X35mm的棒材。然后進行油淬加時效處理，即800°C固溶處理60分鐘后立即淬入 室溫油中，待冷卻后再放入沸水中時效處理30分鐘后取出空冷。將棒材加工成國家標準試棒，室溫拉伸力學性能測試在WE-10型液壓式拉伸實驗機上進行。經(jīng)該工藝方法處理后測得記憶合金抗拉強度750.2MPa，伸長率13.2wt%,顯微硬度156.2HV。再在棒材上取樣，通過線切割加工出摩擦磨損試樣，摩擦磨損試樣為圓環(huán)狀，具體尺寸:外徑Φ50 mm，內(nèi)孔Φ10 mm,環(huán)厚度8mm。對磨件尺寸同上，材質(zhì)為45#鋼，硬度50 —54HRC。摩擦磨損是在國產(chǎn)MM-2000型銷盤式試驗機上進行。磨損量以試樣磨損前后的質(zhì)量差來衡量，稱量采用MAllO電子分析天平，精度為0.0OOlg。摩擦磨損類型為油潤滑摩擦磨損，所用潤滑油為46#機油，滴油速度為30滴每分鐘。各試樣開始試驗前，先進行30min的預跑合，跑合完畢后測定原始重量，然后加載至預定的載荷進行預定時間的磨損試驗。摩擦磨損試驗結束后，將試樣用丙酮超聲清洗30min，再測定試樣的重量，并計算出試樣的磨損量(磨損失重)。每次測試前試樣和對磨件都要用丙酮清洗，每次測試后下一次測試前要將對磨件用砂紙磨到1200號，防止下一次測試時對磨件的表面粗糙度發(fā)生變化。實驗中，鋼環(huán)轉速200r/min，銅環(huán)轉速180r/min，相對滑動速度0.05236m/s。試樣標記為油淬+時效，摩擦磨損性能如圖1至圖4所示。
權利要求
1.一種提高摩擦磨損性能的銅鋅鋁形狀記憶合金，其特征為以電解銅、鋅錠O號、工業(yè)鋁錠AOO號、1#電解鎳、復合稀土變質(zhì)劑，其中La48-52wt%、Ce48_52wt%為原料，按Zn25. 5-26. 5wt%、A13. 5_4wt%、NiO. 8-1. 2wt%、復合稀土 O. 06-0. lwt%、余量是 Cu 的比例稱重后在中頻感應熔煉爐中熔煉；熔煉工藝為加入電解銅、電解鎳、鋅錠，招錠，期間要撒占合金重量為O. 2被％硼砂覆蓋，待材料全部熔化后，升溫至1280°C采用沖入法加入復合稀土變質(zhì)劑，熔煉后澆注成直徑為Φ80Χ250πιπι的鑄錠；均勻化退火處理是加熱到820°C保溫24小時后隨爐冷卻，然后去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在850°C保溫半小時后鍛打成35X35mm的棒材；熱處理采用以下二種方式，一是進行水淬加時效，二是油淬加時效的處理，即800°C固溶處理60分鐘后立即淬入室溫水或室溫油中，待冷卻后再放入沸水中時效處理30分鐘后取出空冷；該方法制備的銅鋅鋁形狀記憶合金材料的摩擦磨損性能得到顯著提高；將棒材加工成國家標準試棒，室溫拉伸力學性能測試在WE-10型液壓式拉伸實驗機上進行；再在棒材上取樣,通過線切割加工出摩擦磨損試樣,摩擦磨損試樣為圓環(huán)狀，具體尺寸外徑Φ50 mm，內(nèi)孔Φ10 mm,環(huán)厚度8mm，對磨件尺寸同上，材質(zhì)為45#鋼，硬度50 — 54HRC ;摩擦磨損是在國產(chǎn)MM-2000型銷盤式試驗機上進行，磨損量以試樣磨損前后的質(zhì)量差來衡量，稱量采用MAllO電子分析天平,精度為O. OOOlg，摩擦磨損類型為油潤滑摩擦磨損，所用潤滑油為46#機油，滴油速度為30滴每分鐘，各試樣開始試驗前，先進行30min的預跑合，跑合完畢后測定原始重量，然后加載至預定的載荷進行預定時間的磨損試驗，摩擦磨損試驗結束后，將試樣用丙酮超聲清洗30min，再測定試樣的重量，并計算出試樣的磨損量；每次測試前試樣和對磨件都要用丙酮清洗，每次測試后下一次測試前要將對磨件用砂紙磨到1200號，防止下一次測試時對磨件的表面粗糙度發(fā)生變化；實驗中，鋼環(huán)轉速200r/min，銅環(huán)轉速180r/min，相對滑動速度O. 05236m/s。
2.根據(jù)權利要求I所述一種提高摩擦磨損性能的銅鋅鋁形狀記憶合金，采用水淬加時效法制備的銅鋅鋁形狀記憶合金抗拉強度690. 6MPa，伸長率12. 9%，顯微硬度167. 7HV，在載荷為200N時熱疲勞摩擦磨損性能優(yōu)異。
3.根據(jù)權利要求I所述一種提高摩擦磨損性能的銅鋅鋁形狀記憶合金，采用油淬加時效法制備的銅鋅鋁形狀記憶合金抗拉強度750. 2MPa，伸長率13. 2%，顯微硬度156. 2HV，在載荷為400N至800N范圍內(nèi)時熱疲勞摩擦磨損性能優(yōu)異。
全文摘要
一種提高摩擦磨損性能的銅鋅鋁形狀記憶合金，屬于銅基形狀記憶合金制備技術領域，其特征為其特征為以電解銅、鋅錠0號、工業(yè)鋁錠A00號、1#電解鎳、復合稀土變質(zhì)劑為原料，在中頻感應熔煉爐中熔煉。熔煉后澆注成直徑為φ80×250mm的鑄錠。均勻化退火處理是加熱到820℃保溫24小時后隨爐冷卻，然后去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在850℃保溫半小時后鍛打成35×35mm的棒材。然后進行水淬加時效或油淬加時效的處理，即800℃固溶處理60分鐘后立即淬入室溫水或室溫油中，待冷卻后再放入沸水中時效處理30分鐘后取出空冷。對其制備的試樣進行力學性能和摩擦磨損性能測試。
文檔編號C22C1/02GK103255314SQ20131022091
公開日2013年8月21日 申請日期2013年6月5日 優(yōu)先權日2013年6月5日
發(fā)明者李曉薇, 徐飛, 劉光磊, 王文華, 司松海 申請人:鎮(zhèn)江憶諾唯記憶合金有限公司