一种原位合成颗粒增强耐磨铝青铜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种原位合成颗粒增强耐磨铝青铜及其制备方法，属于铜合金制备技术领域。本发明专利技术的原位合成颗粒增强耐磨铝青铜的制备方法，包括以下步骤：将混合料引发铝热反应获得金渣混合熔体，金渣分离得到金属复合熔体，将金属复合熔体浇入预制熔体中，混匀形成铝青铜熔体，将铝青铜熔体冷却除渣，即得；所述混合料主要由第

【技术实现步骤摘要】
一种原位合成颗粒增强耐磨铝青铜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种原位合成颗粒增强耐磨铝青铜合金及其制备方法，属于铜合金制备


技术介绍

[0002]铝青铜因具有高强度、高硬度、高耐磨性等优异性能，被广泛应用于强度较高的螺杆、螺帽、铜套、密封环等和耐磨零部件。铝青铜主要是在铜基体中加入铝元素(一般不超过11.5％)，有时加入适量的铁、镍、锰等金属元素，进一步改善其性能。目前，铝青铜主要通过直接将铜及铝、铁、镍、锰等金属(或中间合金)进行熔炼制备得到。
[0003]在铜基体中添加颗粒增强相是提高材料强度、硬度和耐磨性等综合性能的有效手段。常用的颗粒增强相主要是TiC、TiB、SiC等陶瓷颗粒相。但TiC、TiB、SiC等陶瓷颗粒相在铜基体中合成难度较大，且加入量受热力学合成条件限制。W、Mo颗粒具有熔点高、硬度高且与铜不互溶等特点，是铜基体中替代TiC、TiB、SiC等陶瓷相颗粒的理想替代品。现有铜合金熔炼技术中，颗粒增强相加入方式主要是机械或外场(电磁场、超声波等)搅拌法，但存在颗粒难以均匀分散、界面结合性差等缺点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种原位合成颗粒增强耐磨铝青铜的制备方法，能够有效解决颗粒增强相在铜中分散不均匀、界面结合性差的问题。
[0005]本专利技术的第二个目的在于提供一种采用上述制备方法制得的原位合成颗粒增强耐磨铝青铜。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0007]一种原位合成颗粒增强耐磨铝青铜的制备方法，包括以下步骤：将混合料引发铝热反应获得金渣混合熔体，金渣分离得到金属复合熔体，将金属复合熔体浇入预制熔体中，混匀形成铝青铜熔体，将铝青铜熔体冷却除渣，即得；所述混合料主要由第
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B族金属的氧化物、氧化铜、铝粉和造渣剂组成；所述第
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B族金属为钨和/或钼；所述预制熔体包括下层的铜熔体和上层的洗涤用预熔渣。
[0008]本专利技术的原位合成颗粒增强耐磨铝青铜的制备方法，采用一步铝热法实现了铜中同步添加铝和原位合成的第
Ⅵ
B族金属颗粒；第
Ⅵ
B族金属在铜中均匀分布，且与铜基体之间的界面结合性能较好。上述洗涤用预熔渣粘度高，能够有效去除金属复合熔体中的氧化物夹杂。
[0009]优选地，所述洗涤用预熔渣的体积为铜熔体的5％～15％。所述铜熔体是以铜金属为主要组成的熔体，可以包括铝青铜合金中的其他合金元素。例如，所述铜熔体为纯铜熔体或铜铝合金熔体。
[0010]为了简化工艺，所述预制熔体采用包括以下步骤的方法制得：将铜加热直至熔化，再加入洗涤用预熔渣，加热使洗涤用预熔渣熔化。优选地，所述预制熔体的制备过程在石墨
坩埚中进行。
[0011]优选地，所述洗涤用预熔渣采用包括以下步骤的方法制得：将四硼酸钠、二氧化硅、氟铝酸钠按照一定配比加入熔炼炉中加热并搅拌均匀，冷却后破碎成0.1～3cm的颗粒。
[0012]优选地，所述洗涤用预熔渣由以下质量百分比的组分组成：四硼酸钠50％～75％、二氧化硅10％～25％、氟铝酸钠15％～25％。进一步优选地，所述洗涤用预熔渣由以下质量百分比的组分组成：四硼酸钠60％～65％、二氧化硅15％～25％、氟铝酸钠10％～25％。上述3种物质组成的低熔点、高粘度的洗涤用预熔渣具有快速洗涤的除夹杂作用。洗涤用预熔渣中的二氧化硅能够提高洗涤用预熔渣的粘度，强化洗涤效果。
[0013]所述混合料在引发铝热反应之后形成金渣混合熔体。金渣混合熔体在金渣分离后，上层为还原渣，下层为金属复合熔体。为了强化金渣分离效果，优选地，金渣分离过程在电磁搅拌作用下进行。电磁搅拌作用能强化金渣混合熔体的金渣分离过程，缩短金渣分离时间。
[0014]上述金属复合熔体由于重力作用穿过洗涤用预熔渣，经洗涤用预熔渣除夹杂后与铜熔体混合均匀形成铝青铜熔体。
[0015]优选地，所述造渣剂包括碱金属第
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B族金属酸盐。所述碱金属第
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B族金属酸盐为碱金属钨酸盐和/或碱金属钼酸盐。在铝热还原反应过程中加入碱金属第
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B族金属酸盐，首先铝单质和碱金属第
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B族金属酸盐经铝热反应生成第
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B族金属单质颗粒、氧化铝和碱金属氧化物，然后氧化铝、氧化钙和碱金属氧化物反应生成低熔点、低密度和低粘度的还原渣(即碱金属偏铝酸盐和铝酸钙)，促进金渣混合熔体中的金属复合熔体与还原渣快速分离。
[0016]优选地，所述碱金属第
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B族金属酸盐中的碱金属元素独立选自Na、K、Li。采用碱金属第
Ⅵ
B族金属酸盐能确保铝热还原后生成的Al2O3与生成的碱金属氧化物结合生成低熔点的偏铝酸盐渣相，强化金渣分离效果，进而降低高温金渣熔体中的夹杂物。相比于加入其他碱金属盐，例如直接加入Na2CO3，由于Na2CO3和混合料的密度差异大，混合不均匀，难以保证第
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B族金属的氧化物还原出来的Al2O3与Na2O结合，生成均匀的低熔点偏铝酸盐渣相。
[0017]优选地，所述碱金属第
Ⅵ
B族金属酸盐中的金属与所述第
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B族金属的氧化物中的金属相同。
[0018]优选地，所述造渣剂还包括氧化钙。所述碱金属第
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B族金属酸盐的摩尔量以碱金属氧化物计，所述铝粉、碱金属第
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B族金属酸盐、氧化钙的摩尔比为(4.96～13.88):(0.24～0.65):(0.49～3.88)。例如，当碱金属为Na时，所述碱金属氧化物为Na2O。
[0019]优选地，为了避免原料中的水对铝热还原反应过程造成喷溅等影响，将氧化铜、第
Ⅵ
B族金属的氧化物和造渣剂进行干燥。优选地，上述干燥在恒温干燥箱中进行。进一步优选地，干燥的温度为200～450℃，干燥的时间为12～26h。优选地，干燥的温度为300～400℃。
[0020]为了有效控制铝热还原反应剧烈程度、钨或钼颗粒尺寸的大小，所述铝粉的粒度≤2mm。所述氧化铜、第
Ⅵ
B族金属的氧化物、造渣剂的粒度均≥200目。粒度≥200目是指该粒度的物料能通过200目的筛孔。优选地，铝粉的纯度≥99.8％。氧化铜、第
Ⅵ
B族金属的氧化物、造渣剂的纯度均≥99.9％。
[0021]优选地，所述碱金属第
Ⅵ
B族金属酸盐的摩尔量以第
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B族金属的氧化物计，所述
混合料中，第
Ⅵ
B族金属的氧化物、以第
Ⅵ
B族金属的氧化物计量的碱金属第
Ⅵ
B族金属酸盐的总摩尔量、氧化铜的摩尔量、铝粉的摩尔量的比为1:(3.25～16.87):(4.96～13.88)，保证含有微纳米第
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B族金属颗粒的金属复合熔体。
[0022]优选地，在铝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位合成颗粒增强耐磨铝青铜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将混合料引发铝热反应获得金渣混合熔体，金渣分离得到金属复合熔体，将金属复合熔体浇入预制熔体中，混匀形成铝青铜熔体，将铝青铜熔体冷却除渣，即得；所述混合料主要由第
Ⅵ
B族金属的氧化物、氧化铜、铝粉和造渣剂组成；所述第
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B族金属为钨和/或钼；所述预制熔体包括下层的铜熔体和上层的洗涤用预熔渣。2.根据权利要求1所述的原位合成颗粒增强耐磨铝青铜的制备方法，其特征在于，所述预制熔体采用包括以下步骤的方法制得：将铜加热直至熔化，再加入洗涤用预熔渣，加热使洗涤用预熔渣熔化。3.根据权利要求1或2所述的原位合成颗粒增强耐磨铝青铜的制备方法，其特征在于，所述洗涤用预熔渣由以下质量百分比的组分组成：四硼酸钠50％～75％、二氧化硅10％～25％、氟铝酸钠15％～25％。4.根据权利要求1所述的原位合成颗粒增强耐磨铝青铜的制备方法，其特征在于，所述造渣剂包括碱金属第
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B族金属酸盐；所述碱金属第
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B族金属酸盐为碱金属钨酸盐和/或碱金属钼酸盐。5.根据权利要求4所述的原位合成颗粒增强耐磨铝青铜的制备方法，其特征在于，所述碱金属第
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B族金属酸盐中的碱金属元素独立选自Na、K、Li。6.根据权利要求4或5所述的原位合成颗粒增强耐磨铝青铜的制备方法，其特征在于，所述造渣剂还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：程楚，宋克兴，皇涛，刘海涛，周延军，彭晓文，朱倩倩，程浩艳，张朝民，李韶林，赵培峰，刘亚民，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：