一种轻量化高承载耐磨复合导槽及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种轻量化高承载耐磨复合导槽及制备方法，包括一体成型的三层耐磨层和支撑层；三层耐磨层由一端至另一端依次为耐磨外层、耐磨内层和中间层；中间层底面与支撑层顶面相熔合；并具体公开了耐磨外层、耐磨内层和中间层的材质配比与制作工艺，支撑层为Q345碳素结构钢。为了成型复合导槽本发明专利技术还公开了一种成型的挤压模具，能够获得兼具表面耐磨、整体轻量化、底部高强、各层结合牢固并具有导槽结构的零件，根据安装需要，按长度进行切割，即可获得复合导槽零件。可获得复合导槽零件。可获得复合导槽零件。

【技术实现步骤摘要】
一种轻量化高承载耐磨复合导槽及其制备方法


[0001]本专利技术涉及工程机械
，特别是涉及一种轻量化高承载耐磨复合导槽及其制备方法。

技术介绍

[0002]工程机械、矿业机械等大型设备通常通过工作装置来实现重载作业，导槽及导轨配合使用，在导轨上安装作业装置，实现作业装置沿导槽结构实现移动作业。由于工程机械、矿业机械等大型设备常处于高载荷、大扬尘、连续运行等恶劣工况，其零部件存在难维护、易磨损等难题。相比移动导轨处于滑动端，导槽是此类重型机械完成轨迹线移动的基础装置，一般处于固定端，通常焊死在底座结构上，一旦导槽出现磨损或损坏，维修难度及成本都非常大。
[0003]另外，对于工程机械、矿业机械的超重超排问题的整治措施与管控政策也更加严格。工程机械、矿业机械等都在实施减重，包括结构轻量化与材料轻量化。因此，车载零部件的每一处减重都显得十分有意义。而处于高承载、易磨损部位的导槽，如何在满足承载能力、提升耐磨性能的基础上，配合其他零部件一起减轻重量，是一大关键难题。传统导槽通常采用铜合金或硬质合金材料，通过机加工的方法制备，存在耐磨性能不足、重量过大、与底座连接不牢固等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种轻量化高承载耐磨复合导槽及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现复合导槽兼具高的耐磨性能、低重量与高的整体强度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种轻量化高承载耐磨复合导槽，包括一体成型的三层耐磨层和支撑层；三层所述耐磨层由一端至另一端依次为耐磨外层、耐磨内层和中间层；所述中间层底面与所述支撑层顶面相熔合；
[0007]所述耐磨外层为Cu
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Al
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Y合金，合金元素及成分配比为：Al的质量百分比为0.15、Y的质量百分比为0.35、余量为Cu；
[0008]所述耐磨内层为Cu
‑
Al
‑
Y合金，合金元素及成分配比为：Al的质量百分比为0.35、Y的质量百分比为0.15、余量为Cu；
[0009]所述中间层为高强铝合金，合金元素及成分配比为：Al的质量百分比为92.45、Cu的质量百分比为4.05、Mg的质量百分比为0.25、 Ti的质量百分比为0.30、Mn的质量百分比为0.72、余量为可控杂质；所述支撑层为Q345碳素结构钢。
[0010]优选的，所述耐磨外层与所述耐磨内层的厚度比为1：1
‑
1：3。
[0011]一种轻量化高承载耐磨复合导槽的制备方法，包括如下步骤：
[0012]S1、制定喷射沉积工艺步骤：在真空中频炉中，制备复合导槽的原材料；
[0013]S2、耐磨层坯料制备：根据各耐磨层组分配比的特性，制定相应的喷射沉积工艺参
数，在喷射沉积装备的熔炼室中利用步骤S1中的原材料和配比组分熔炼形成耐磨外层、耐磨内层、中间层的合金，合金经过液化雾化沉积后形成合金板坯；合金板坯沉积完成后，需要按照导槽尺寸及各层材料占比，加工符合要求的耐磨外层、耐磨内层、中间层的板坯；
[0014]S3、制备支撑层：根据导槽尺寸，加工符合要求的支撑层的板坯；
[0015]S4、一体成型耐磨复合导槽：制备挤压模具，并通过挤压机和挤压模具将耐磨外层、耐磨内层、中间层、支撑层的板坯挤压为一体，形成最终的耐磨复合导槽。
[0016]优选的，在步骤S2中，所述耐磨内层首先喷射沉积制作而成，在所述耐磨内层的基础上再进行喷射沉积形成所述耐磨外层，使得所述耐磨外层、所述耐磨内层熔为一体制备成耐磨层。
[0017]优选的，在步骤S4中，所述挤压模具包括挤压凹模，所述挤压凹模的侧面分别开设有四条挤压通道，分别为耐磨挤压模口、中间挤压模口、支撑挤压模口和复合导槽成形出口；所述耐磨挤压模口的一端、所述中间挤压模口的一端、所述支撑挤压模口的一端和所述复合导槽成形出口的一端相互连通形成成型腔；所述成型腔设置于所述挤压凹模内部。
[0018]优选的，所述耐磨挤压模口远离所述中间挤压模口的一侧壁以及所述中间挤压模口远离所述耐磨挤压模口的一侧壁分别开设有便于进料的容料槽。
[0019]优选的，所述耐磨挤压模口靠近所述中间挤压模口的侧壁中部加工有若干沿挤压方向的缓升式的纵向锯齿状的挤压凸条，所述耐磨挤压模口靠近所述中间挤压模口的侧壁顶端和底端分别加工有沿挤压方向的缓升的燕尾凸条；所述耐磨挤压模口远离所述中间挤压模口的侧壁中部加工有沿挤压方向的纵向缓升的凸台；所述凸台经过成型腔的一侧壁延伸至所述复合导槽成形出口的一侧壁。
[0020]优选的，所述中间挤压模口靠近所述耐磨挤压模口的侧壁中部加工有若干沿挤压方向的缓升式的纵向锯齿状的挤压凹槽，所述中间挤压模口靠近所述耐磨挤压模口的侧壁顶端和底端分别加工有沿挤压方向的缓升的燕尾凹槽；所述中间挤压模口靠近所述支撑挤压模口的侧壁加工有若干垂直于挤压方向的缓升式横向锯齿状的挤压棱条。
[0021]优选的，所述成型腔靠近所述中间挤压模口的侧壁中部加工有若干所述挤压凸条，所述成型腔靠近所述中间挤压模口的侧壁中部顶端和底端分别加工有所述燕尾凸条。
[0022]优选的，所述支撑挤压模口的相对侧壁与所述中间挤压模口相对侧壁设置均相同，所述支撑挤压模口的侧壁靠近所述成型腔的一侧布满所述挤压棱条。
[0023]本专利技术具有如下技术效果：
[0024]通过三种特定成分配方材料的复合成形，在低成本、高强度、高可焊性的常规碳素结构钢支撑层上，形成了高强度高韧性铝合金中间层与耐磨层，能够显著降低复合导槽的重量，确保了复合导槽兼具高的耐磨性能、整体轻质效果与较好的强度。另外，两处结合层的波浪纹结构配合特定的成分设计有利于形成较好的冶金结合效果，两处结合层的燕尾槽与凸台结构在增强结合效果的基础上起到限位作用。反应喷射沉积获得的颗粒增强铜基复合材料内部形成以纵向分布的梯度成分与梯度性能特征。可以使得耐磨层从工作面至中间层在微观尺寸上形成梯度分布，耐磨外层至耐磨内层微观组织尺寸呈梯度分布，耐磨内层细小组织尺寸与颗粒更易与中间层高强韧铝合金形成高的冶金结合，提升结合强度；耐磨外层大组织尺寸与颗粒更易在磨损初期形成最佳的耐磨损效果。此外，常规低成本碳素结构钢作为支撑层，在不等通道挤压后形成了较高的变形强化效果，获得了较好的整体支撑
效果，还可以直接与其他钢制基座进行高强度的焊接，方便高强度安装连接在其他钢制零部件。同时，复合导槽仅在耐磨层采用了颗粒增强铜基复合材料，可以显著减少贵重金属的用量，达到节约成本的效果。
[0025]因此，较高的耐磨层冶金结合效果、较强的耐磨性能、较小的整体质量与较大的支撑强度使得该复合导槽具有较长服役寿命、较好耐磨效果、较高强度并兼具有利于降低成本、减轻重量与连接钢制底座及易于产业化应用等优点，可广泛应用于工程机械、矿业机械等各类往复运动零部件。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻量化高承载耐磨复合导槽，其特征在于，包括一体成型的三层耐磨层和支撑层(4)；三层所述耐磨层由一端至另一端依次为耐磨外层(1)、耐磨内层(2)和中间层(3)；所述中间层(3)底面与所述支撑层(4)顶面相熔合；所述耐磨外层(1)为Cu
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Al
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Y合金，合金元素及成分配比为：Al的质量百分比为0.15、Y的质量百分比为0.35、余量为Cu；所述耐磨内层(2)为Cu
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Al
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Y合金，合金元素及成分配比为：Al的质量百分比为0.35、Y的质量百分比为0.15、余量为Cu；所述中间层(3)为高强铝合金，合金元素及成分配比为：Al的质量百分比为92.45、Cu的质量百分比为4.05、Mg的质量百分比为0.25、Ti的质量百分比为0.30、Mn的质量百分比为0.72、余量为可控杂质；所述支撑层(4)为Q345碳素结构钢。2.根据权利要求1所述的一种轻量化高承载耐磨复合导槽，其特征在于：所述耐磨外层(1)与所述耐磨内层(2)的厚度比为1：1
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1：3。3.一种轻量化高承载耐磨复合导槽的制备方法，基于权利要求1
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2任意一项所述的一种轻量化高承载耐磨复合导槽，其特征在于：包括如下步骤：S1、制定喷射沉积工艺步骤：在真空中频炉中，制备复合导槽的原材料；S2、耐磨层坯料制备：根据各耐磨层组分配比的特性，制定相应的喷射沉积工艺参数，在喷射沉积装备的熔炼室中利用步骤S1中的原材料和配比组分熔炼形成耐磨外层(1)、耐磨内层(2)、中间层(3)的合金，合金经过液化雾化沉积后形成合金板坯；合金板坯沉积完成后，需要按照导槽尺寸及各层材料占比，加工符合要求的耐磨外层(1)、耐磨内层(2)、中间层(3)的板坯；S3、制备支撑层(4)：根据导槽尺寸，加工符合要求的支撑层(4)的板坯；S4、一体成型耐磨复合导槽：制备挤压模具，并通过挤压机和挤压模具将耐磨外层(1)、耐磨内层(2)、中间层(3)、支撑层(4)的板坯挤压为一体，形成最终的耐磨复合导槽。4.根据权利要求3所述的一种轻量化高承载耐磨复合导槽的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述耐磨内层(2)首先喷射沉积制作而成，在所述耐磨内层(2)的基础上再进行喷射沉积形成所述耐磨外层(1)，使得所述耐磨外层(1)、所述耐磨内层(2)熔为一体制备成耐磨层。5.根据权利要求3所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓溪，张翔，唐环，佟鑫龙，夏晓雷，
申请(专利权)人：徐州工程学院，
类型：发明
国别省市：