一种具有针状增强相的Al基难混溶合金及其制备方法与流程

本发明涉及一种具有针状增强相的al基难混溶合金及其制备方法，属于难混溶合金领域。

背景技术：

难混溶合金在二元相图中存在一个液态组元不互溶区域，在凝固过程中，均一的合金熔体冷却穿过液态组元不互溶区间时，由单一液相分离成两种不互溶的液相。液滴通过形核、扩散长大、ostwald粗化、stokes运动、marangoni迁移和碰撞凝并等共同作用发生液-液相变。难混溶合金被广泛应用于耐磨性材料，al-pb、al-bi等可作为轴瓦材料在汽车方面得到了工业化应用。研究发现难混溶合金优异的物理和力学性能不仅与合金的成分有关，同时也取决于第二相在合金中的分布情况。所以制备第二相弥散分布的难混溶合金成为该类材料应用的关键。

申请号为201610605361.8的专利文件中公开的“一种空心co42.5cu42.5pb15合金颗粒及制备方法”，添加pb到co-cu难混溶合金中，制得了空心合金颗粒。申请号为201710026348.1的专利文件中公开的“一种具有棒球复合结构颗粒的难混溶合金的制备方法”，添加稀土nd到al-bi难混溶合金中，制得了具有棒球复合结构的难混溶合金。不同第三组元的添加得到不同结构的凝固组织。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有针状增强相的al基难混溶合金，制备了第二相弥散分布的al基难混溶合金，同时提高al基难溶合金的强度。本发明将第三组元添加到难混溶合金中，既可以制备弥散分布的难混溶合金，又可以作为增强相提高合金的强度。

一种具有针状增强相的al基难混溶合金，所述al基难混溶合金为第二相弥散分布的al-bi或al-pb合金，其是由al基体、球状结构的bi相和均匀分散在基体中的长针状al3ti化合物或由al基体、球状结构pb相和均匀分散在基体中的长针状al3ti化合物构成，其制备方法如下：

在惰性气氛保护下，将金属al和ti感应加热至完全熔化后加入金属bi或pb，加热温度高于al-bi合金或al-pb合金的难混溶区温度30～50℃，保温3～10min后，淬火或随炉冷却，制备了第二相弥散分布的al-bi或al-pb合金。

优选地，所述金属bi占金属al和bi总质量的3.4～20％；所述pb占金属al和pb总质量的1.52～20％。

优选地，所述ti占全部金属原料的质量百分含量为0.5～10％。

上述制备方法中，所述“感应加热”可于感应加热炉中进行，其可商业购得。

上述制备方法中，所述惰性气氛由惰性气体提供，如氩气等。

本发明所述al基难混溶合金是在al-bi难溶合金或al-pb难混溶合金的基础上添加第三组元ti。以al-bi难混溶合金为例：本发明通过选取不同质量配比的al-bi难混溶合金，加入适当量的ti；在合金凝固过程中，al和ti反应生成了金属间化合物al3ti；长针状的al3ti穿插在bi相颗粒之间，阻碍了bi相颗粒的沉降及凝并，防止了bi相颗粒的碰撞及长大，获得具有弥散分布的第二相的al-bi偏晶合金；同时al3ti作为增强相，提高了合金的耐磨性能和强度。

本发明的有益效果为：

本发明所述具有针状增强相的al基难混溶合金及其制备方法，与现有技术相比，有益效果为：

(1)本发明所述al基难混溶合金的制备方法通过添加第三组元ti，制备第二相弥散分布的难混溶合金，获得软bi相或pb相均匀分散在硬质al相中的合金；(2)本发明方法制备的第二相弥散分布al基难混溶合金具有高的自润滑性能；(3)本发明方法制备的含al3ti增强相的难混溶合金，增强了基体的强度，提高了合金的耐磨性能；(4)本发明提供的al基难混溶合金可以解决现有难混溶合金的成分偏析、制备工艺复杂等问题，其可作为轴承材料应用。

附图说明

图1对比例1制备al-bi难混溶合金的微观组织。

图2本发明实施例1制备的第二相弥散分布的al-bi-ti难混溶合金的微观组织。

图3本发明实施例3制备的第二相弥散分布的al-bi-ti难混溶合金的微观组织。

图4本发明实施例6制备的第二相弥散分布的al-pb-ti难混溶合金的微观组织。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

对比例1

一种无添加针状增强相的al基难混溶合金的制备方法，具体为：

按含al-20wt％bi难混溶合金的化学成分组成，称量金属al和金属bi；

将金属al和金属bi，在氩气的保护下，先将al装入坩埚，用感应炉感应加热至完全熔化，再加入bi，保温5min后，随炉冷却，制得al-bi难混溶合金；其中，感应熔炼温度为1023k。

本实施例制备出al-bi难混溶合金，如图1所示，图中黑色为al基体，白色的为富bi相。图片为al-bi合金试样的底部，由图片可知，大量bi相发生偏析，聚集在试样的底部，发生偏析。

本实施例制备方法制备出al-bi难混溶合金。其维氏硬度为27.27hv，耐磨性测试在载荷为100n，加载速度为32mm/s下其摩擦系数为0.3495。

实施例1

一种具有针状增强相的al基难混溶合金的制备方法，具体为：

按含al-20wt％bi(al-20wt％bi指bi占al和bi总质量的20％)难混溶合金的化学成分组成，称量金属al和金属bi；称量ti，其中，所述ti占全部金属原料(即金属al、金属bi和金属ti)总质量的质量百分比为2％；

将金属al、金属bi和ti，在氩气的保护下，先将al和ti装入坩埚，用感应炉感应加热至完全熔化，再加入bi，保温5min后，淬火，制得第二相弥散分布的al-bi难混溶合金；其中，感应熔炼温度为1023k。

本实施例制备方法制备出的第二相弥散分布的al-bi难混溶合金，如图2所示，图中黑色为al基体，白色的为富bi相。由图片可看到长针状结构的金属间化合物al3ti，长针状的al3ti穿插在bi相颗粒之间，阻碍了bi相颗粒的沉降及凝并，防止了bi相颗粒的碰撞及长大，获得具有第二相弥散分布的al-bi难混溶合金；同时al3ti作为增强相，增强了基体的强度，提高了合金的耐磨性能。

本实施例制备方法制备出的具有弥散分布的第二相的al-bi难混溶合金。其维氏硬度为41.934hv，耐磨性测试在载荷为100n，加载速度为32mm/s下其摩擦系数为0.2834。

实施例2

一种具有针状增强相的al基难混溶合金的制备方法，具体为：

按含al-10wt％bi难混溶合金的化学成分组成，称量各金属al和金属bi；称量ti；其中，所述ti占全部金属原料总质量的质量百分比为5％；

将金属al、金属bi和ti，在氩气的保护下，先将al和ti装入坩埚，用感应炉感应加热至完全熔化，再加入bi，保温10min后，随炉冷却，制得第二相弥散分布的al-bi难混溶合金；其中，感应熔炼温度为923k。

本实施例制备方法制备出的第二相弥散分布的al-bi难混溶合金，其维氏硬度为27.274hv。

实施例3

一种具有针状增强相的al基难混溶合金的制备方法，具体为：

按含al-20wt％bi难混溶合金的化学成分组成，称量各金属al和金属bi；称量ti；其中，所述ti占全部金属原料总质量的质量百分比为4％；

将金属al、金属bi和ti，在氩气的保护下，先将al和ti装入坩埚，用感应炉感应加热至完全熔化，再加入bi，保温3min后，淬火，制得第二相弥散分布的al-bi难混溶合金；其中，感应熔炼温度为1073k。

本实施例制备方法制备出的第二相弥散分布的al-bi难混溶合金，如图3所示，图中黑色为al基体，白色的为富bi相。由图片可看到长针状结构的金属间化合物al3ti，长针状的al3ti穿插在bi相颗粒之间，阻碍了bi相颗粒的沉降及凝并，防止了bi相颗粒的碰撞及长大，获得具有第二相弥散分布的al-bi难混溶合金；同时al3ti作为增强相，增强了基体的强度，提高了合金的耐磨性能。其维氏硬度为27.702hv。耐磨性测试在载荷为100n，加载速度为32mm/s下其摩擦系数为0.2682。

实施例4

一种具有针状增强相的al基难混溶合金的制备方法，具体为：

按含al-10wt％pb难混溶合金的化学成分组成，称量各金属al和金属pb；称量ti；其中，所述ti占全部金属原料总质量的质量百分比为5％；

将金属al、金属pb和ti，在氩气的保护下，先将al和ti装入坩埚，用感应炉感应加热至完全熔化，再加入pb，保温8min后，淬火，制得第二相弥散分布的al-pb难混溶合金；其中，感应熔炼温度为1253k。

本实施例制备方法制备出的第二相弥散分布的al-pb难混溶合金，耐磨性测试在载荷为100n，加载速度为32mm/s下其摩擦系数为0.3121。

实施例5

一种具有针状增强相的al基难混溶合金的制备方法，具体为：

按含al-20wt％pb难混溶合金的化学成分组成，称量各金属al和金属pb；称量ti；其中，所述ti占全部金属原料总质量的质量百分比为1％；

将金属al、金属pb和ti，在氩气的保护下，先将al和ti装入坩埚，用感应炉感应加热至完全熔化，再加入pb，保温6min后，淬火，制得第二相弥散分布的al-pb难混溶合金；其中，感应熔炼温度为1373k。

本实施例制备方法制备出的具有弥散分布的第二相的al-bi难混溶合金。耐磨性测试在载荷为100n，加载速度为32mm/s下其摩擦系数为0.2986。

实施例6

一种具有针状增强相的al基难混溶合金的制备方法，具体为：

按含al-15wt％pb难混溶合金的化学成分组成，称量各金属al、金属pb；称量ti；其中，所述ti占全部金属原料总质量的质量百分比为4％；

将金属al、金属pb和ti，在氩气的保护下，先将al和ti装入坩埚，用感应炉感应加热至完全熔化，再加入pb，保温9min后，随炉冷却，制得第二相弥散分布的al-pb难混溶合金；其中，感应熔炼温度为1303k。

本实施例制备方法制备出的第二相弥散分布的al-pb难混溶合金，如图4所示，图中黑色为al基体，白色的为富pb相。由图片可看到长针状结构的金属间化合物al3ti，长针状的al3ti穿插在pb相颗粒之间，阻碍了pb相颗粒的沉降及凝并，防止了pb相颗粒的碰撞及长大，获得具有第二相弥散分布的al-pb难混溶合金；同时al3ti作为增强相，增强了基体的强度，提高了合金的耐磨性能。其维氏硬度为40.357。