一种铝基-钢双金属轴瓦材料及其制备工艺制造技术

本发明专利技术属于轴瓦材料技术领域，具体公开了一种铝基-钢双金属轴瓦材料及其制备工艺。该材料由铝覆盖层、铝基合金层、铝过渡层和低碳钢层所组成；其中，铝基合金层为以内生TiB2颗粒作为增强体、以铝锡铜合金作为基体合金的内生TiB2颗粒增强型铝锡铜合金。制备方法包括以下步骤：(1)准备材料；(2)制备铝基合金层；(3)包铝轧制；(4)制作钢带；(5)冷轧复合。本发明专利技术铝基-钢双金属轴瓦材料的铝基合金层与钢板的界面结合强度高，铝基-钢双金属轴瓦材料的承载能力强且减摩性好，轴瓦工作稳定、使用寿命长，生产成本低，环保无污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及轴瓦材料的
，具体涉及一种铝基-钢双金属轴瓦材料及其制备工艺。
技术介绍
轴瓦是内燃机、压力机等机械设备中承载运动、降低摩擦、减少磨损的关键零部件。轴瓦材料的好坏直接影响轴瓦的工作稳定性和使用寿命。随着内燃机向高速、高承载、环保方向发展，对轴瓦性能的要求不断提高，轴瓦不仅要有良好的减摩性和耐磨性，也要有较的高承载能力和抗疲劳性能，同时还需具有良好的经济型和低碳环保性。目前，国内广泛使用铜铅合金作为轴瓦材料，这种轴瓦材料虽然具有较高的疲劳强度，但是，其成本较高，而且含有污染元素铅，对人体和环境均有不同程度的危害，不符合国家的节能减排要求。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种制备工艺简单、生产成本低、使用性能佳、环保性能优的铝基-钢双金属轴瓦材料及其制备工艺，此轴瓦材料可用于中高载荷、中高转速的内燃机、压力机。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现。(一)一种铝基-钢双金属轴瓦材料，其特征在于，由铝覆盖层、铝基合金层、铝过渡层和低碳钢层所组成；其中，铝基合金层为内生TiB2颗粒增强型铝锡铜合金。优选地，所述铝覆盖层、铝基合金层、铝过渡层和低碳钢层的厚度分别为20～60μm、0.5～2.5mm、25～65μm、1.5～4.0mm。优选地，所述内生TiB2颗粒增强型铝锡铜合金以内生TiB2颗粒作为增强体，以铝锡铜合金作为基体合金；其中，内生TiB2颗粒的体积百分比为4.0～12.0％。所述基体合金的主体元素为铝，并含有锡、铜、锌、锰，基体合金中各元素的质量百分比为：锡6.0～15.0％、铜0.8～1.5％、锌0.6～1.2％、锰0.5～1.0％，余量为铝。(二)上述铝基-钢双金属轴瓦材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)准备材料：按照上述基体合金中各元素的质量百分比配备铝锭、锡块、铝铜锌锰中间合金，备用；(2)制备铝基合金层：700～750℃熔化铝锭，得铝熔体，并加热至900～930℃；向铝熔体中加入反应物K2TiF6-KBF4混合盐、反应助剂Na3AlF6-MgCl2混合盐，用石墨棒充分搅拌，反应15～20min，生成TiB2，即为内生TiB2颗粒，得到含有内生TiB2颗粒的铝熔体；将含有内生TiB2颗粒的铝熔体的温度降至750～780℃，并加入铝铜锌锰中间合金和锡块，得合金熔体；以NaCl-KCl-CaF2混合盐作为精炼剂，对合金熔体精炼后，浇注到铸模中，获得内生TiB2颗粒增强型铝锡铜合金板材，作为铝基合金层；其中，所述K2TiF6-KBF4混合盐是按Ti∶B为1∶2的摩尔比配制而成，所述反应助剂Na3AlF6-MgCl2混合盐中Na3AlF6和MgCl2的质量比为3∶1；(3)包铝轧制：将内生TiB2颗粒增强型铝锡铜合金板材的表面进行刷光后，用厚度为0.5～1.5mm的纯铝板包覆，并经过2～4道连续轧制，轧制成总厚度为3～6mm的复合式铝合金带，其中，初始轧制压下率为50～60％，后续轧制压下率小于35％；然后将复合式铝合金带在氩气或氮气保护下在350℃的电阻炉内进行1.5～2.5h退火处理，并刷光，备用；(4)制作钢带：选用低碳钢板制作低碳钢带，先对低碳钢带脱脂除锈，再用砂带对低碳钢带表面进行打磨粗化，备用；(5)冷轧复合：在室温下，采用双辊复合轧机，将步骤(3)中经过刷光处理的复合式铝基合金带和步骤(4)中经过打磨粗化的低碳钢带依次进行1道粗轧和2道精轧，最终复合轧制成由铝覆盖层、铝基合金层、铝过渡层和低碳钢层所组成的铝基-钢双金属轴瓦材料。优选地，步骤(2)中，所述反应助剂Na3AlF6-MgCl2混合盐的总质量为反应物K2TiF6-KBF4混合盐质量的7～9％。优选地，步骤(2)中，所述铝铜锌锰中间合金为铝锭、锌板、Al-12Cu中间合金、Al-6Mn中间合金经真空感应炉熔炼后，700～750℃浇注而成。优选地，步骤(2)中，所述NaCl-KCl-CaF2混合盐的用量为基体合金质量的2.5～3.5％，所述基体合金的质量为所述铝锭、锡块和铝铜锌锰中间合金的总质量，并且K2TiF6-KBF4混合盐的质量与基体合金的质量比为1∶1.2～1∶2.6。优选地，步骤(2)中，所述NaCl-KCl-CaF2混合盐中NaCl、KCl和CaF2的质量比为4∶4∶1。优选地，步骤(2)中，所述对熔体精炼后，将熔体的温度降至710～730℃，并充分搅拌，再进行浇注。优选地，步骤(5)中，还将所述铝基-钢双金属轴瓦材料置于350℃氮气或氩气保护气氛的退火炉内进行1.5～2.5h退火处理，所得铝基-钢双金属轴瓦材料的总厚度为2.5～6.5mm。本专利技术中，所述K2TiF6-KBF4混合盐为K2TiF6和KBF4经常温物理混合所得；所述Na3AlF6-MgCl2混合盐为Na3AlF6和MgCl2经常温物理混合所得；所述NaCl-KCl-CaF2混合盐为NaCl、KCl和CaF2经常温物理混合所得。本专利技术中，所述刷光为本领域常规操作，一般采用钢丝直径为0.2mm的钢丝刷进行刷光，使合金板表面均匀呈银白色，洁净，无明显打滑亮迹。本专利技术中，所述纯铝板为本领域常规所用，一般为工业纯铝板，其中铝含量≥99.6％，市售可得。本专利技术中，所述低碳钢板为本领域常规所用，一般为碳含量小于0.2％的低碳钢板，本专利技术选用的是厚度为5mm～7.0mm的08F低碳钢板，市售可得。本专利技术中，所述退火为本领域常规操作，可有效增加铝基合金层与钢板的界面结合牢度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：与传统轴瓦材料AlSn20Cu相比，本专利技术铝基-钢双金属轴瓦材料的铝基合金层与钢板的界面结合强度高，铝基-钢双金属轴瓦材料的承载能力强且减摩性好，轴瓦工作稳定、使用寿命长；同时，本专利技术铝基-钢双金属轴瓦材料的锡含量较低，熔炼温度低、熔炼能耗少，从而使得生产成本低；另外，本发明铝基-钢双金属轴瓦材料不含铅、镉等有污染的重金属元素，环保无污染，符合国内外对轴瓦材料环保性能的要求。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步详细说明，但是以下实施例并不作为限制本专利技术的保护范围。实施例1(1)按照Ti∶B＝1∶2的摩尔比配6.30KgK2TiF6-KBF4混合盐作为反应物，按照Al∶Sn∶Cu∶Zn∶Mn＝85.0∶12∶1.2∶1.0∶0.8的质量比配制10.2Kg基体合金，基体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝基‑钢双金属轴瓦材料，其特征在于，由铝覆盖层、铝基合金层、铝过渡层和低碳钢层所组成；其中，铝基合金层为内生TiB2颗粒增强型铝锡铜合金。

【技术特征摘要】
1.一种铝基-钢双金属轴瓦材料，其特征在于，由铝覆盖层、铝基合金层、
铝过渡层和低碳钢层所组成；其中，铝基合金层为内生TiB2颗粒增强型铝锡
铜合金。
2.根据权利要求1所述的铝基-钢双金属轴瓦材料，其特征在于，所述内
生TiB2颗粒增强型铝锡铜合金以内生TiB2颗粒作为增强体，以铝锡铜合金作
为基体合金；其中，内生TiB2颗粒的体积占内生TiB2颗粒增强型铝锡铜合金
的4.0～12.0％。
3.根据权利要求2所述的铝基-钢双金属轴瓦材料，其特征在于，所述基
体合金的主体元素为铝，并含有锡、铜、锌、锰，基体合金中各元素的质量
百分比为：锡6.0～15.0％、铜0.8～1.5％、锌0.6～1.2％、锰0.5～1.0％，余量为
铝。
4.权利要求1所述的铝基-钢双金属轴瓦材料的制备方法，其特征在于，
包括以下步骤：
(1)准备材料：按照基体合金中各元素的质量百分比配备铝锭、锡块、
铝铜锌锰中间合金，备用；
(2)制备铝基合金层：700～750℃熔化铝锭，得铝熔体，并过热至
900～930℃；向过热后的铝熔体中加入反应物K2TiF6-KBF4混合盐、反应助剂
Na3AlF6-MgCl2混合盐，用石墨棒充分搅拌，反应15～20min，生成TiB2，即为
内生TiB2颗粒，得到含有内生TiB2颗粒的铝熔体；将含有内生TiB2颗粒的铝熔
体的温度降至750～780℃，并加入铝铜锌锰中间合金和锡块，得合金熔体；以
NaCl-KCl-CaF2混合盐作为精炼剂，对合金熔体精炼后，浇注到铸模中，获得
内生TiB2颗粒增强型铝锡铜合金板材，作为铝基合金层；其中，所述
K2TiF6-KBF4混合盐是按Ti∶B为1∶2的摩尔比配制而成，所述反应助剂

\tNa3AlF6-MgCl2混合盐中Na3AlF6和MgCl2的质量比为3∶1；
(3)包铝轧制：将内生TiB2颗粒增强型铝锡铜合金板材的表面进行刷光
后，用厚度为0.5～1.5mm的纯铝板包覆，并经过2～4道连续轧制，轧制成总厚
度为3～6mm的复合式铝合金带，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔国明，李兴霞，翟德梅，冯振国，任泰安，曾建民，
申请(专利权)人：河南机电高等专科学校，
类型：发明
国别省市：河南;41