一种耐磨铝合金及其制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及金属材料冶炼技术领域，具体涉及一种耐磨铝合金及其制备工艺，所述耐磨铝合金，以铝合金型材的总量为基准，按重量百分比计，所述耐磨铝合金含有以下元素：Si 6.18～12.87％，Zn 1.28～3.56％，Mn 0.89～1.75％，Mg 0.56～0.95％，Ni 0.12～0.31％，Cu 0.03～0.16％，Ti 0.26～0.48％，氮0.16～0.54％，微量元素0.005～0.12％，其余为Al和不可避免的杂质，本发明专利技术的含硅高强度铝合金中含有耐磨材料氮化物，提高了铝合金的耐磨性，此外，氮化物具有硬度大、强度高的特点，从而提高铝合金的强度和硬度，本发明专利技术的耐磨铝合金的磨损率为0.018～0.029g m‑2 s‑1，硬度为95.9～126.9HBW，而且其耐碱蚀性也有显著的提高。

Wear resistant aluminum alloy and preparation process thereof

The present invention relates to the technical field of metal smelting, in particular relates to a wear-resistant Aluminum Alloy and its preparation process, the wear Aluminum Alloy, with total Aluminum Alloy profiles for reference, according to the weight percentage, the wear Aluminum Alloy contains the following elements: Si 6.18 ~ 12.87%, 1.28 ~ 3.56% Zn, Mn 0.89 ~ 1.75%, 0.56 ~ 0.95% Mg, Ni 0.12 ~ 0.31%, 0.03 ~ 0.16% Cu, Ti 0.26 ~ 0.48%, 0.16 ~ 0.54% nitrogen, trace elements from 0.005 to 0.12%, the remaining Al and inevitable impurities containing nitrogen compounds, wear resistant materials of the invention of silicon containing high strength Aluminum Alloy. To improve the wear resistance of Aluminum Alloy, in addition, the nitride has the characteristics of large hardness and high strength, so as to improve the Aluminum Alloy strength and hardness, wear resistance Aluminum Alloy the wear rate is 0.018 ~ 2 s m 0.029g 1, hardness For 95.9 ~ 126.9HBW, and its alkali corrosion resistance has also been significantly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨铝合金及其制备工艺
本专利技术涉及金属材料冶炼
，具体涉及一种耐磨铝合金及其制备工艺。
技术介绍
铝硅合金是一种常见的铝合金，铝硅比的变化可以使硬度产生非常大的影响，如硅含量7％以下时，铝硅合金具有良好的延展性，而硅含量超过铝硅共晶点(11.7％硅)后，合金中硅颗粒明显增加，合金的硬度和耐磨性也显著的增加，现有方法通过对铝硅合金进行电化学处理以浸蚀表层铝而保留基体中的硅，以进行一步提高其耐磨性和硬度，然而该方法存在操作复杂、处理质量不易控制的问题。铝合金中通过使用的铜、锌、锰、硅、镁等合金元素，20世纪初由德国人专利技术，对飞机发展帮助极大，一次大战后德国铝合金成分被列为国家机密。跟普通的碳钢相比，铝合金有着更轻的优点及耐腐蚀的性能，但抗腐蚀性能不如纯铝，在干净、干燥的环境下铝合金的表面会形成保护的氧化层。造成电偶腐蚀加速的情况有：铝合金与不锈钢接触的情况、其它金属的腐蚀电位比铝合金低或者是潮湿的环境下，如果铝和不锈钢要一同使用必须在有保护或者是户外安装两金属间电子或电解隔离。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，有航空、航天、汽车、机械制造、船舶、铝合金及化学工业中大量应用。纯铝的密度小，大约是铁的1/3，熔点低，为660℃，铝是面心立方结构，故具有很高的塑性，易于加工，可制成各种型材和板材，铝合金的抗腐蚀性能好，但是纯铝的强度很低，不宜作结构材料，通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐加入合金元素及运用热处理方法来强化铝，这就得到了一繁殖的铝合金。添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，这样使得比强度胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重，采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50％以上。铝合金密度低，但是强度比较高，接近或者是超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材料，具有优良的导电性，导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。利用电解铝液直接熔铸的方法而获得的铝合金扁锭，存在着铸坯表面质量差，如有裂纹、冷隔等缺陷，夹杂物含量高且分布不均匀，加工后产品力学性能低等多种问题。解决上述的问题的方法是，调整铝合金中的强化元素、微量元素，合金元素，有害元素等成分重量比例。在铝合金中添加何种元素，如金属元素或者是其它的元素，以及添加的比例的不同，可导致铝合金的性能不同，在耐磨性能上，需要选择不同的元素进行组合。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种耐磨铝合金，增加了铝合金的耐磨性，延长铝合金的使用寿命。为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种耐磨铝合金，以铝合金型材的总量为基准，按重量百分比计，所述耐磨铝合金含有以下元素：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％，其余为Al和不可避免的杂质。铝合金中，镁和硅同时加入铝中形成强化相为MgSi的铝镁硅系合金，MgSi镁元素能不仅可以提高铝合金的抗腐蚀性，还能提高铝合金的强度，增加其耐磨性；在铝中同时加入锌和镁，形成强化相Mg/Zn2，对合金产生明显的强化作用，明显增加铝合金的抗拉强度和屈服强度；钛与铝形成TiAl2相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用，良好的晶粒细化作用实质上有助于改善铸造性和机械性能；锰能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显着细化再结晶晶粒，其中再结晶晶粒的细化主要是通过MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用，MnAl6的还能溶解杂质铁，形成(Fe、Mn)Al6，减小铁的有害影响；。影响铝合金性能的主要因素就是各物质的配比，为了提高铝合金的耐磨性、强度和耐腐蚀性，以铝合金型材的总量为基准，按重量百分比计，所述耐磨铝合金含有以下元素：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％，其余为Al和不可避免的杂质。氮化物具有很高的硬度，为了提高铝合金的强度，本专利技术在铝合金中引入氮化物，氮化物的含量对铝合金的性能影响很大，氮化物含量过少又不能起到强化铝合金，提高铝合金强度的作用，进一步的，所述铝合金型材中含有氮化物。氮化物的种类对合金的影响也很大，进一步的，所述氮化物为氮化钛、氮化铝和氮化硅中的至少一种。根据本专利技术，稀土金属能与体系中的si、Mn、Ti的铝化物形成新的多元弥散相，这种新的多元弥散相能强烈钉扎位错和亚晶界，显著抑制基体的再结晶，保留了以小角度晶界为主的纤维状组织，从而改善了铝合金型材的腐蚀性能，所述稀土元素为本领域技术人员所常知的稀土金属，优选的，所述微量元素为锡、铍、硼、铬、钴、钼、钪、钇、铌、镧系元素中的至少一种。对本专利技术所述硅高强度铝合金进行性能检测，所述耐磨铝合金的磨损率为0.018～0.029gm-2s-1，硬度为95.9～126.9HBW。本专利技术还提供一种耐磨铝合金的制备工艺，包括以下步骤：(1)配料及熔炼：将铝矿、锌矿、镁矿、镍矿、铜矿加入熔炼炉中，然后将炉腔抽真空至1×10-4Pa，然后向炉腔内通入氮气，使炉内气压达到40～50Pa，升温至620～630℃至矿料完全融化，然后在650～680℃下保温3～5h，然后加入锰矿、硅矿进行沉淀、脱氧、扒渣，再向熔液中加入精炼剂，保温30～120min，然后加入微量元素，调整铝合金熔液成分至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)后将合金注入铸模，进行连续铸造法，浇铸速度为2.6-3.1m/h，得到合金铸锭；(3)在真空条件下，将铝合金铸锭升温至350～360℃下保温1～2h，继续加热至550～560℃，保温30～60min，然后油冷至250～260℃，再空冷至室温；(4)对铝合金铸锭进行首次时效处理，随后保温，再进行第二次时效处理。优选的，所述精炼剂包括NaCl、Na2SiF6、Na2SO4、CaF2、CaMg(CO3)2、Na3AlF6、Na2S2O3、NaF和C6Cl6中的至少一种。优选的，在步骤(4)中，所述首次时效处理的温度为160-168℃，保温时间为8～12个小时。优选的，所述第二次时效处理工艺为温度为100～160℃，随后保温时间为15～20小时。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果为：(1)通过在铝合金中引入耐磨材料氮化物，不仅提高了铝合金的耐磨性，还提高了铝合金的硬度和合金的强度；(2)本专利技术的铝合金的各种元素，相互协同作用，增强铝合金的耐磨性能，某些元素过量，会导致其其它性能如抗蚀性的下降，因此，必须在本专利技术所限定的范围内，其耐磨性能最好。；本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐磨铝合金，其特征在于，以铝合金型材的总量为基准，按重量百分比计，所述耐磨铝合金含有以下元素：Si 6.18～12.87％，Zn 1.28～3.56％，Mn0.89～1.75％，Mg 0.56～0.95％，Ni 0.12～0.31％，Cu 0.03～0.16％，Ti 0.26～0.48％，氮0.16～0.54％，微量元素0.005～0.12％，其余为Al和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种耐磨铝合金，其特征在于，以铝合金型材的总量为基准，按重量百分比计，所述耐磨铝合金含有以下元素：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％，其余为Al和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种耐磨铝合金，其中，以铝合金型材的总量为基准，按重量百分比计，所述耐磨铝合金含有以下元素：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％，其余为Al和不可避免的杂质。3.根据权利要求1或2所述的一种耐磨铝合金，其中，所述铝合金型材中氮元素以氮化物的形式存在。4.根据权利要求1所述的一种耐磨铝合金，其中，所述氮化物为氮化钛、氮化铝和氮化硅中的至少一种。5.根据权利要求1所述的一种耐磨铝合金，其中，所述微量元素为锡、铍、硼、铬、钴、钼、钪、钇、铌、镧系元素中的至少一种。6.根据权利要求1～5任意一项所述的耐磨铝合金，其中，所述耐磨铝合金的磨损率为0.018～0.029gm-2s-1，硬度为95.9～126.9HBW。7.一种根据权利要求1～6任意一项所述的一种耐磨铝合金的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)配料及熔炼：将铝矿、锌矿、镁矿、镍矿、铜矿加入熔炼炉中...

【专利技术属性】
技术研发人员：董学民，
申请(专利权)人：浙江大侠铝业有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33