高强度低熔点合金及其制备方法[发明专利]

[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公布说明书
[11]公开号CN 101476054A [43]公开日2009年7月8日
[21]申请号200910094010.5[22]申请日2009.01.05
[21]申请号200910094010.5
[71]申请人昆明理工大学
地址650093云南省昆明市学府路253号昆明理
工大学云南省新材料制备与加工重点实验
室
共同申请人昆明理工峰潮科技有限公司
[72]发明人孙勇 段永华 竺培显 [74]专利代理机构昆明今威专利代理有限公司代理人赵云
[51]Int.CI.C22C 1/02 (2006.01)
权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页
[54]发明名称
高强度低熔点合金及其制备方法
[57]摘要
高强度低熔点合金及其制备方法。

本发明属于
制造巴氏轴瓦合金及低熔点合金模用的一种复合材
料及其制备技术。

本发明是先将熔点较高的第二组
元金属熔化，再加入低熔点金属，在搅拌下进行原
位反应，使低熔点金属与第二组元金属生成以金属
键与共价键的混合键结合的金属间化合物。

采用本
技术制备的合金材料其力学性能(抗拉强度和硬度)
有强烈提升，具备真正意义上的超高强度的特点。

200910094010.5权 利 要 求 书第1/1页 1、一种高强度低熔点合金，其特征是：由熔点为230℃～330℃的低熔点金属与能与其进行原位反应的第二组元金属反应所生成的金属间化合物组成，金属间化合物的化学键为金属键与共价键的混合键结合。

2、按权利要求1所述的高强度低熔点合金，其特征是：低熔点金属为Sn、Bi或Pb，第二组元金属采用Ba、Ca、Li、Mg或稀土元素Dy、La、Y、Gd，且低熔点金属所占重量百分比为50％～70％，其余为第二组元金属。

3、按权利要求2所述的高强度低熔点合金，其特征是：低熔点金属为Sn、Bi或Pb中的一种或多种，第二组元金属为Ba、Ca、Li、Mg、Dy、La、Y、Gd中的一种或多种。

4、按权利要求3所述的高强度低熔点合金，其特征是：在所述金属间化合物中还添加了占总重5％～10％的Al或1％～5％的B元素。

5、一种权利要求1所述的高强度低熔点合金的制备方法，其特征是：先将熔点较高的第二组元金属熔化，再加入低熔点金属，在搅拌下进行原位反应，使低熔点金属与第二组元金属生成以金属键与共价键的混合键结合的金属间化合物。

6、按权利要求5所述的高强度低熔点合金的制备方法，其特征是：低熔点金属为Sn、Bi或Pb，第二组元金属采用Ba、Ca、Li、Mg或稀土元素Dy、La、Y、Gd，且低熔点金属所占重量百分比为50％～70％，其余为第二组元金属，二种金属搅拌的速度为60转/分～120转/分，搅拌时间1m i n～2m i n。

7、按权利要求6所述的高强度低熔点合金的制备方法，其特征是：低熔点金属与第二组元金属在搅拌下原位反应完成后，静置2min～2.5min，并采用底部浇铸的方法进行浇铸。

8、按权利要求7所述的高强度低熔点合金的制备方法，其特征是：在搅拌生成的金属间化合物中加入了占总重5％～10％的Al或1％～5％的B元素，并对浇铸件进行热挤压处理。

200910094010.5说 明 书第1/3页
高强度低熔点合金及其制备方法
技术领域
本发明属于轴瓦及低熔点合金模具所用的合金材料的制备方法，特别是强度和硬度高、耐磨性好的轴瓦材料制备方法。

背景技术
巴氏合金是一种传统的低速高(重)载用轴瓦材料。

其优点是摩擦系数小，减磨性好，有优良的塑性、韧性和耐蚀性。

然而，巴氏合金的强度和硬度较低，使用寿命较短。

在使用过程中，若润滑不良，导致温度升高会进一步降低其屈服强度和硬度；温度在100℃左右时，其屈服强度和硬度几乎仅为常温下的一半，可见耐高温性能差也是巴氏合金的一大缺点。

低熔点合金加热熔化后具有良好的流动性，可根据制模样件任意塑形，冷却凝固后不像其它金属一样收缩，反而具有一定的冷涨性，极有利于脱模后的修整。

但硬度较低，强度也不高，其样模制作困难。

就目前而言，样模的制作，主要靠手工敲制，操作不方便、劳动强度大，精度不高，且在铸模时容易变形。

为了扩大低熔点合金模具的使用范围，提高模具质量，延长使用寿，必须努力克服上述两大关键。

发明内容
本发明所需要解决的技术问题是提供一种高强度低熔点轴瓦材料以及低熔点合金及其制备方法，使轴承合金和低熔点合金的强度更高、耐磨性更好、加工生产更便宜、使用成本更低。

解决本发明的技术问题所采用的技术方案是：由熔点为230℃～330℃的低熔点金属与能与其进行原位反应的第二组元金属反应所生成的金属间化合物组成，金属间化合物的化学键为金属键与共价键的混合键结合。

本发明所述的低熔点金属为Sn、Bi或Pb，第二组元金属采用Ba、Ca、Li、Mg或稀土元素Dy、La、Y、Gd，且低熔点金属所占重量百分比为50％～70％，其余为第二组元金属。

低熔点金属为Sn、Bi或Pb中的一种或多种，第二组元金属为Ba、Ca、Li、Mg、Dy、La、Y、Gd中的一种或多种。

在所述金属间化合物中还添加了占总重5％～10％的Al或1％～5％的B元素。

本发明上述的高强度低熔点合金的制备工艺为：
先将熔点较高的第二组元金属熔化，再加入低熔点金属，在搅拌下进行原位反应，使低熔点金属与第二组元金属生成以金属键与共价键的混合键结合的
金属间化合物。

所述的低熔点金属为Sn、Bi或Pb，第二组元金属采用Ba、Ca、Li、Mg或稀土元素Dy、La、Y、Gd，且低熔点金属所占重量百分比为50％～70％，其余为第二组元金属，二种金属搅拌的速度为60转/分～120转/分，搅拌时间1min～2min。

在上述的制备工艺中，低熔点金属与第二组元金属在搅拌下原位反应完成后，静置2min～2.5min，并采用底部浇铸的方法进行浇铸。

为了改善本高强度低熔点合金的塑性，在搅拌生成的金属间化合物中还加入了占总重5％～10％的Al或1％～5％的B元素，并对浇铸件进行热挤压处理。

本发明的有益效果是：传统的低熔点金属及其合金强度偏低，硬度只有10HB 左右，强度也只有30MPa，要获得高强度的合金则需要强化技术。

而一般强化如细化晶粒、冷加工造成应变硬化、固溶强化和第二相强化至多能使低熔点合金的硬度和抗拉强度提升至20HB和50MPa左右。

本发明制备的低熔点合金是采用原位反应法生成的新型化合物硬基体复合材料，它们是以金属间化合物为主的材料，由于金属间化合物的强键合特性导致位错很难运动，使得材料的强度大幅提升。

通过第二组元的加入，利用它与低熔点金属间的互溶性以及生成的强键合的金属间化合物，获得分布均匀的合金组织，提升了合金的强度和硬度。

其抗拉强度和硬度指标10倍于传统的巴氏合金及低熔点合金，分别达到228MPa和156HB。

对提高巴氏台金的轴承性能以及延长模具使用寿命，拓宽它们在低熔点合金模具制造，低熔点合金轴衬、轴瓦材料的生产等领域的应用，加快推广快速制模技术的应用范围提供了更为可靠的技术保障。

附图说明
图1为本发明高强度低熔点合金的微观组织扫描电镜图。

具体实施方式
实施例1：Pb基合金。

采用原位反应法，在感应电炉中加入重量40％的Ba、Ca、Li、Mg或稀土元素Dy、La、Y、Gd等金属以及占总重量的10％Al，加热至650℃，待其熔化后，再加入重量50％的低熔点金属Pb。

搅拌1min～2min，使Mg与Pb充分反应生成金属间化合物，静置2min，采用底部浇铸的方法进行浇铸，浇铸温度为440℃，制备成超高强度低熔点Pb基合金材料。

并制成测试试样以进行力学性能和微观组织结构的测试分析。

测试效果如下： ①抗拉强度测试：制备成测试试样棒在拉伸力学试验机上进行抗拉强度测试，测试结果表明：超高强低熔点Pb基合金的抗拉强度达到228MPa，是传统巴氏合金及低熔点合金的数十倍。

②布氏硬度测试：在HB-3000型布氏硬度计上测定的合金的布氏硬度，测试结果表明：超高强低熔点Pb基合金的布氏硬度为156HB，远高于传统巴氏合金及低熔点合金。

③微观组织测试，经过对试样表面处理(打磨→抛光→腐蚀)后，采用扫描电镜(型号为XL30ESEM-TMP)观察分析试样的微观组织特征，如图1所示。

测试表明：合金组织分布均匀，且各组成相之间的界面结合状况良好。

实施例2：Sn基合金。

采用原位反应法，在感应电炉中加入重量30％的Ba、Ca、Li、Mg或稀土元素Dy、La、Y、Gd等金属以及占总重量的8％Al，加热至650℃，待其熔化后，再加入重量62％的低熔点金属Sn。

搅拌1min～2min，使Mg与Sn充分反应生成金属间化合物，静置2min，采用底部浇铸的方法进行浇铸，浇铸温度为550℃，制备成超高强度低熔点Sn基合金材料。

并制成测试试样以进行力学性能和微观组织结构的测试分析。

测试效果如下： ①抗拉强度测试：制备成测试试样棒在拉伸力学试验机上进行抗拉强度测试，测试结果表明：超高强低熔点Sn基合金的抗拉强度达到180MPa，是传统巴氏合金及低熔点合金的20倍。

②布氏硬度测试：在HB-3000型布氏硬度计上测定的合金的布氏硬度，测试结果表明：超高强低熔点Sn基合金的布氏硬度为120HB，高于传统巴氏合金及低熔点合金。

实施例3：Bi基合金。

采用原位反应法，在感应电炉中加入重量30％的Ba、Ca、Li、Mg或稀土元素Dy、La、Y、Gd等金属以及占总重量的5％Al，加热至650℃，待其熔化后，再加入重量65％的低熔点金属Bi。

搅拌1min～2min，使Mg与Bi充分反应生成金属间化合物，静置2min，采用底部浇铸的方法进行浇铸，浇铸温度为600℃，制备成超高强度低熔点Bi基合金材料。

并制成测试试样以进行力学性能和微观组织结构的测试分析。

测试效果如下： ①抗拉强度测试：制备成测试试样棒在拉伸力学试验机上进行抗拉强度测试，测试结果表明：超高强低熔点B i基合金的抗拉强度达到200M P a。

②布氏硬度测试：在HB-3000型布氏硬度计上测定的合金的布氏硬度，测试结果表明：超高强低熔点Bi基合金的布氏硬度为140HB，远高于传统巴氏合金及低熔点合金。

200910094010.5说 明 书 附 图第1/1页
图1。