专利名称：一种耐磨镁合金材料及制备方法
技术领域：
本发明属于金属材料领域，涉及一种耐磨镁合金材料及其制备方法。
背景技术：
在金属材料领域中，耐磨镁合金作为耐磨材料一直受到普遍重视。全俊等铸造技术于2010年第9期研究镁合金AZ31的镁合金组织和性能。赵旭等 材料工程杂志2008年第5期发表了对镁合金AZ31的磨损性能研究。铸态镁合金AZ31由 基体相α-Mg和第二相Mgl7A112组成，第二相含量较少，呈粒状分布在基体中。试样的磨 损质量损失在不同的载荷下均随磨损时间的增加而呈线性增加。在不同的载荷区间，磨损 质量损失的变化速率不同，其中50 75N区间磨损质量损失的速率较低，75 100N区间的 磨损质量损失的速率最大。载荷增加使磨损质量损失更加显著，磨损形式发生由氧化磨损 到磨粒磨损再到剥落磨损转变，磨损越来越严重。但普通镁合金的耐磨性不高。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种耐磨镁合金材料，该材料具有良 好的性能。本发明的另一目的是提供一种耐磨镁合金材料的制备方法，该制备方法工艺简 单，生产成本低，适于工业化生产。本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种耐磨镁合金材料，该材料以镁合金为基体，在基体中分布着由铜丝和铁丝形成的 金属丝团，所用铜丝和铁丝的直径均为l_2mm，材料中铜丝与铁丝的总体长度相当，金属丝 团的直径为10-15cm，两种金属丝共占材料的体积百分比为10-30%;镁合金基体的化学成分的重量百分含量:A1为10-12%，Sr为0. 2% 0. 5%，Si为 2% 3%，Pb 为 2% 3%，Fe 为 2%，Gd 为 0. 5% 1%，Ho 为 0. 01% 0. 03%，其 余为Mg ；铜丝为纯铜；铁丝的化学成分的重量百分含量为C为0. 05-0. 09%，Si为0.洲 0. 3%, Mn 为 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余为 Fe。基体中还分布有化合物Mg3N2、Cu3N和Ι^Ν6颗粒。耐磨镁合金材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤铜丝及渗氮铁丝的准备分别取直径为l_2mm、成分为纯铜的铜丝；以及及取直径为 l-2mm、成分重量百分含 C 为 0. 05-0. 09%, Si 为 0. 2% 0. 3%, Mn 为 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余为！^的铁丝，所用铜丝与铁丝的总体长度相当；按常规方在铁丝表面渗 氮，形成渗氮铁丝；渗氮层的厚度为200-300微米；按清洁球生产的常规方法将上述铜丝及渗氮铁丝各取一根丝形成球状的混合双丝金 属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧 程度由铜丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待合金液浇注；镁合金材料基体的准备按重量百分含量Al为10-12%，Sr为0. 2% 0. 5%, Si为 2% 3%，Pb 为 2% 3%，Fe 为 2%，Gd 为 0. 5% 1%，Ho 为 0. 01% 0. 03%，其 余为Mg进行配料；镁合金在感应电炉中熔化，熔化温度为690-720°C ；将上述镁合金液浇入装有金属丝团的干砂铸型；合金液将铜丝及渗氮铁丝包围，然后 冷却凝固，得到以镁合金为基的其中分布有金属丝团的耐磨材料。本发明相比现有技术的有益效果如下1、本发明材料中的铜丝及铁丝自身具有相当的强度和较高的耐磨。铜丝的Cu及铁丝 上的B进入液态镁中，与镁合金中的元素形成Mg2Cu、Mg3N2, Cu3N, PbN6等特殊化合物，弥 散增强镁合金；狗固溶在镁合金，对镁固溶强化；未熔的铜丝及铁丝与镁合金冶金结合， 对镁合金起到增强增韧的作用。2,Gd和Ho与Mg可以形成化合物Mg5Gd和MgHo，分布于基体中对镁合金的组织具 有显著细化的作用，有助于材料耐磨的提高。本发明材料中P、S为杂质，控制在允许的范围。3、合金材料用铁代替了部分镁，材料成本低，制备工艺简便，生产成本低，生产的 合金材料性能好，而且非常便于工业化生产。本发明的合金性能见表1。
图1为本发明实施例一制得的耐磨镁合金材料的金相组织。图1可以看到在镁合金与金属丝结合良好。
具体实施例方式以下各实施例仅用作对本发明的解释说明，其中的重量百分比均可换成重量g、kg 或其它重量单位。以下铜丝与铁丝均为市购，渗氮层自制。实施例一铜丝及渗氮铁丝的准备分别取直径为1mm、成分为纯铜的铜丝；以及取直径为1mm、成 分重量百分含量为C为0. 05%, Si为0. 2%, Mn为0. 25%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余为Fe 的铁丝，所用铜丝与铁丝二者总体长度相当；两种金属丝共占材料的体积百分比为10%。按常规方在铁丝表面渗氮，形成渗氮铁丝；渗氮层的厚度为200微米；按清洁球生产的常规方法将上述铜丝及渗氮铁丝各取一根丝形成球状的混合双丝金 属丝团，金属丝团直径为15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧程度 由铜丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将铸型 的上型盖于下型上，合箱完毕后等待合金液浇注；镁合金材料基体的准备按重量百分含量Al为10 %，Sr为0. 2 %，Si为2 %，1 为2 %， !^e为1 %，Gd为0. 5%，Ho为0. 01 %，其余为Mg进行配料；镁合金在感应电炉中熔化，熔化 温度为 695-705°C ；将上述镁合金液浇入装有金属丝团的干砂铸型；合金液将铜丝及渗氮铁丝包围，然后 冷却凝固，得到以镁合金为基的其中分布有金属丝团的耐磨材料。
实施例二镁合金材料基体成分按重量百分比A1为12%，Sr为0. 5%，Si为3%，Pb为3%，！^ 为2%，Gd为1%，Ηο为0. 03%，其余为Mg进行配料。铜丝为纯铜。铁丝成分的重量百分含为C为-0. 09%, Si为0. 3%, Mn为0. 35%, P<0. 02%, S <0.02596，其余为狗。所用铜丝与铁丝的总体长度相当，两种金属丝直径均为 2mm ；两种金属丝共占材料的体积百分比为30%。按常规方在铁丝表面渗氮，形成渗氮铁丝；渗氮层的厚度为300微米；按清洁球 生产的常规方法制作铜丝和渗氮铁丝两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为 IOcm0制备过程同实施例一。实施例三镁合金材料基体成分按重量百分比Al为11 %，Sr为0. 4 %，Si为2. 5 %，Pb为2. 5 %， Fe为1. 5%，Gd为0. 7%，Ho为0. 02%，其余为Mg进行配料。铜丝为纯铜。直径为1. 5mm。铁丝成分的重量百分含为C为0. 07%, Si为0. 25%, Mn为0.3 P<0. 02%, S <0. 025%,其余为Fe，直径为1. 5mm。所用铜丝与铁丝的总体长度 相当，两种金属丝占材料的体积百分比为10%。按常规方在铁丝表面渗氮，形成渗氮铁丝；渗氮层的厚度为250微米；按清洁球 生产的常规方法制作铜丝和渗氮铁丝两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为 15cm0制备过程同实施例一。对比实施例四原料配比不在本发明范围内的实例镁合金材料基体成分按重量百分比A1为9%，Sr为0. l%，Si为l%，Pb为1%，狗为 0. 5%，Gd为0. 5% 1%，Ho为0. 005%，其余为Mg进行配料。铜丝为纯铜。铁丝成分的重量百分含为C为0. 04%, Si为0. 1%, Mn为0. 2%, P<0. 02%, S <0.025%,其余为 Fe。铜丝与铁丝的总体长度相当，两种金属丝直径为0. 5mm ；两种金属丝占材料的体 积百分比为5%。铁丝表面不渗氮。按清洁球生产的常规方法制作两种金属丝混合的双丝金属丝 团，金属丝团直径为15cm。制备过程同实施例一。对比实施例五原料配比不在本发明范围内的实例镁合金材料基体成分按重量百分比A1为13%，Sr为0. 6%，Si为4%，Pb为4%，！^ 为3%，Gd为2%，Ho为0. 04%，其余为Mg进行配料。铜丝为纯铜。铁丝成分的重量百分含为C为0. 1%，Si为0. 4%, Mn为0. 4%, P<0. 02%, S <0.025%,其余为 Fe。两种金属丝直径为3mm，铜丝与铁丝的总体长度相当，两种金属丝占材料的体积百 分比为40。按常规方在铁丝表面渗氮，形成渗氮铁丝；渗氮层的厚度为350微米；按清洁球生 产的常规方法制作两种金属丝混合的双丝金属丝团，金属丝团直径为10cm。
制备过程同实施例一。表 权利要求
1.一种耐磨镁合金材料，该材料以镁合金为基体，在基体中分布着由铜丝和铁丝形成 的金属丝团，所用铜丝和铁丝的直径均为l-2mm，材料中铜丝与铁丝的总体长度相当，金属 丝团的直径为10-15cm，两种金属丝共占材料的体积百分比为10-30%;镁合金基体的化学成分的重量百分含量:A1为10-12%，Sr为0. 2% 0. 5%, Si为 2% 3%，Pb 为 2% 3%，Fe 为 2%，Gd 为 0. 5% 1%，Ho 为 0. 01% 0. 03%，其 余为Mg ；铜丝为纯铜；铁丝的化学成分的重量百分含量为C为0.05-0. 09%，Si为0. m 0. 3%, Mn 为 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余为 Fe。
2.根据权利要求1所述的耐磨镁合金材料，其特征在于所述基体中还分布有化合物 Mg3N2、Cu3N 和 PbN6 颗粒。
3.耐磨镁合金材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤铜丝及渗氮铁丝的准备分别取直径为l_2mm、成分为纯铜的铜丝；以及及取直径为 l-2mm、成分重量百分含 C 为 0. 05-0. 09%, Si 为 0. 2% 0. 3%, Mn 为 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余为！^的铁丝，所用铜丝与铁丝的总体长度相当；按常规方在铁丝表面渗 氮，形成渗氮铁丝；渗氮层的厚度为200-300微米；按清洁球生产的常规方法将上述铜丝及渗氮铁丝各取一根丝形成球状的混合双丝金 属丝团，金属丝团直径为10-15cm，将若干金属丝团放入铸型下型型腔中，金属丝团的松紧 程度由铜丝和铁丝占材料的体积百分比决定，保证金属丝团正好放满铸型；布置完毕后，将 铸型的上型盖于下型上，合箱完毕后等待合金液浇注；镁合金材料基体的准备按重量百分含量Al为10-12%，Sr为0. 2% 0. 5%, Si为 2% 3%，Pb 为 2% 3%，Fe 为 2%，Gd 为 0. 5% 1%，Ho 为 0. 01% 0. 03%，其 余为Mg进行配料；镁合金在感应电炉中熔化，熔化温度为690-720°C ；将上述镁合金液浇入装有金属丝团的干砂铸型；合金液将铜丝及渗氮铁丝包围，然后 冷却凝固，得到以镁合金为基的其中分布有金属丝团的耐磨材料。
全文摘要
本发明提供一种耐磨镁合金材料及其制备方法，该材料具有良好的性能。该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该材料以镁合金为基体，在基体中分布着由铜丝和铁丝形成的金属丝团，所用铜丝和铁丝的直径均为1-2mm，材料中铜丝与铁丝的总体长度相当，金属丝团的直径为10-15cm，两种金属丝共占材料的体积百分比为10-30%。
文档编号C22C47/08GK102051543SQ20111000745
公开日2011年5月11日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者王玲, 薛欣怡, 赵浩峰 申请人:南京信息工程大学