阅读说明：本技术 一种纺织机械用耐磨高寿命的镁合金材料及其制备方法 (Wear-resistant long-life magnesium alloy material for textile machinery and preparation method thereof ) 是由 蔡永保 徐洪波 翟莉 汪娟 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种纺织机械用耐磨高寿命的镁合金材料,包括以下重量百分比的原料：Al 5.15-5.19％、Ce 1.52-1.54％、Mn 0.28-0.34％、Sc 0.6-0.9％、Y 0.4-0.7％、Re 0.15-0.19％、余量为Mg。本发明Y、Re能够提高原料之间相互活性,从而增强原料配比效果,添加Ce可细化晶粒尺寸,同时促进次生α相较叉排列,从而与烧结助剂起到协同作用,烧结助剂中的Si具有高流动性,携带Ti对基体材料起到润滑效果,降低摩擦系数。(The invention discloses a wear-resistant long-life magnesium alloy material for textile machinery, which comprises the following raw materials in percentage by weight: 5.15 to 5.19 percent of Al, 1.52 to 1.54 percent of Ce, 0.28 to 0.34 percent of Mn, 0.6 to 0.9 percent of Sc, 0.4 to 0.7 percent of Y, 0.15 to 0.19 percent of Re and the balance of Mg. According to the invention, Y, Re can improve the mutual activity among raw materials, so that the raw material proportioning effect is enhanced, the addition of Ce can refine the grain size, and the secondary alpha phase cross arrangement is promoted, so that the synergistic effect is achieved with the sintering aid, Si in the sintering aid has high fluidity, and Ti is carried to play a lubricating effect on a base material, so that the friction coefficient is reduced.)

一种纺织机械用耐磨高寿命的镁合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及纺织机械合金材料技术领域，具体涉及一种纺织机械用耐磨高寿命的镁合金材料及其制备方法。

背景技术

纺织机械就是把天然纤维或化学纤维加工成为纺织品所需要的各种机械设备。生产化学纤维的机械虽然包括多种化工机械，现被认为是纺织机械的延伸，属广义的纺织机械。把棉、麻、丝、毛等不同的纤维加工成纺织品所需要的工序不尽相同，有的完全不同，所以需要的机器也各式各样，种类繁多。纺织机械通常按生产过程分类，计有:纺纱设备、织造设备、印染设备、整理设备、化学纤维抽丝设备、缫丝设备和无纺织布设备。

镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小，比强度高，比弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。目前使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。在实用金属中是最轻的金属，镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。它是实用金属中的最轻的金属，高强度、高刚性。

现有镁合金耐磨性能较差，应用在纺织机械上由于其耐磨性能差，使用寿命低，不适合纺织机械使用。

现有中国专利文献公开号：CN107099713A公开了一种镁合金及其制备方法和应用，具体涉及一种耐磨镁合金、该镁合金堆焊焊丝及其制备方法，属于金属材料技术及冶金技术领域，一种镁合金，所述镁合金化学成分按质量百分比为：Al7.98％～9.31％，Zn0.19％～1.52％，Mn0.10～0.61％，Gd0.80～1.89％，Y0.40～1.49％，余量为Mg；该镁合金给出了合金的材料，该原料较为常规且制备工艺不适合应用在纺织机械上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纺织机械用耐磨高寿命的镁合金材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种纺织机械用耐磨高寿命的镁合金材料，包括以下重量百分比的原料：

Al 5.15-5.19％、Ce 1.52-1.54％、Mn 0.28-0.34％、Sc 0.6-0.9％、Y 0.4-0.7％、Re 0.15-0.19％、余量为Mg。

作为本发明的进一步方案是：所述纺织机械用耐磨高寿命的镁合金材料包括以下重量份的原料：

Al 5.17％、Ce 1.53％、Mn 0.31％、Sc 0.75％、Y 0.55％、Re 0.17％、余量为Mg。

作为本发明的进一步方案是：所述纺织机械用耐磨高寿命的镁合金材料中还添加有烧结助剂，烧结助剂的量为Mg总量的10-20％。

作为本发明的进一步方案是：所述烧结助剂的制备方法为将Cr₃C₂、Si粉、Ti粉按照重量比3:2:1加入到熔炼炉中进行熔炼处理，熔炼温度为1000-1400℃，熔炼时间为1-2h，熔炼结束，即得烧结助剂。

作为本发明的进一步方案是：所述纺织机械用耐磨高寿命的镁合金材料中还添加有Mg总量10％的耐磨加强剂，Mg总量30-40％的喷涂液。

作为本发明的进一步方案是：所述耐磨加强剂的制备方法为螺旋碳纳米管加入到磁力搅拌器中，随后再加入丙酮溶剂，然后再加入莫来石粉、金刚石粉，以100-200r/min的转速搅拌10-20min，最后以200W的功率超声分散1h，即可。

作为本发明的进一步方案是：所述喷涂液的制备方法为将MoS₂粉、硼酸铝晶须在1500℃下进行熔炼，熔炼20min后冷却至室温，再球磨过10目，即可。

本发明还提供了一种制备纺织机械用耐磨高寿命的镁合金材料的方法，包括以下步骤：

步骤一，按要求称量各组分原料；

步骤二，将Al、Ce、Mn、Sc、Y、Re、Mg依次加入到熔炼炉中先以1500-1700℃进行熔炼处理，熔炼时间为25-35min，随后冷却至室温成型；

步骤三，将步骤二中成型材料先与烧结助剂烧结处理，烧结过程中烧结温度为900-1000℃，同时施加8-12MPa的压力，得到烧结料A；

步骤四，步骤三中烧结料A进行激光熔覆处理，激光功率为1-2KW，熔覆速度为1-3mm/s，激光光斑直径为3-5mm，采用同轴送粉方式对耐磨加强剂送粉；

步骤五，送粉结束先采用紫外光辐照处理10-20min，然后进行热处理，先以10℃/min速度将温度升至700℃，保温10-20min，然后以2℃/min将温度将至450℃，再保温35-45min，然后空冷至室温；

步骤六，将喷涂液通过喷涂工艺喷涂到步骤五中的合金材料，最后再在电压为200-300V下每隔5min轰击10-20min，共轰击1h，轰击结束，得到轰击料B；

步骤七，将轰击料在进行二次烧结处理，烧结温度为1100℃，烧结压力为10MPa，烧结结束冷却至室温，即得本发明的镁合金材料。

作为本发明的进一步方案是：所述耐磨加强剂送粉的条件为送粉率为10-14g/min，氩气流量为10L/min。

作为本发明的进一步方案是：所述喷涂工艺中喷涂电压为30-50KV，喷涂距离为100-120mm。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明Y、Re能够提高原料之间相互活性，从而增强原料配比效果，添加Ce可细化晶粒尺寸，同时促进次生α相较叉排列，从而与烧结助剂起到协同作用，烧结助剂中的Si具有高流动性，携带Ti对基体材料起到润滑效果，降低摩擦系数，Ti与Ce共同作用极大的提高了耐磨效果，同时在烧结过程中Cr₃C₂对基体材料起到致密效果，进一步提高耐磨性能。

(2)本发明先通过Al、Ce、Mn、Sc、Y、Re、Mg作为合金基体原料，然后再烧结，提高合金的致密度，然后通过激光熔覆处理，采用同轴送粉方式将耐磨加强剂进行覆层，覆层结束通过辐照、热处理方式，从而改善耐磨加强剂覆层料与基体的相容性，更好的与基体成一体结构，从而显著的改善耐磨效果，同时使喷涂液与耐磨加强剂覆层料更好的相容，从而可更好的一体保护基体，喷涂液形成喷涂层后再采用电压轰击，极大的改善了合金的耐受度，进一步提高合金的耐磨效果，最后再二次烧结，完善合金材料涂层之间的紧密度，可更好的提高耐磨效果。

(3)本发明耐磨加强剂中螺旋碳纳米管具有比表面积高，能够提高莫来石粉、金刚石粉对合金基体的包覆效率，合金基体采用基体-耐磨加强剂-喷涂液的形式形成一体结构，螺旋碳纳米管作为耐磨加强剂中的原料，提高涂层间的接触效果，进而提高粘接强度，因而耐磨加强剂作为中间体能够极大的改善合金的耐磨性能，最后再被喷涂液中的耐磨金属粉包覆，从而起到环环包覆保护效果，进而耐磨性得到显著改善。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本实施例的一种纺织机械用耐磨高寿命的镁合金材料，包括以下重量百分比的原料：

Al 5.15％、Ce 1.52％、Mn 0.28％、Sc 0.6％、Y 0.4％、Re 0.15％、余量为Mg。

本实施例的纺织机械用耐磨高寿命的镁合金材料中还添加有烧结助剂，烧结助剂的量为Mg总量的10％。

本实施例的烧结助剂的制备方法为将Cr₃C₂、Si粉、Ti粉按照重量比3:2:1加入到熔炼炉中进行熔炼处理，熔炼温度为1000℃，熔炼时间为1h，熔炼结束，即得烧结助剂。

本实施例的纺织机械用耐磨高寿命的镁合金材料中还添加有Mg总量10％的耐磨加强剂，Mg总量30％的喷涂液。

本实施例的耐磨加强剂的制备方法为螺旋碳纳米管加入到磁力搅拌器中，随后再加入丙酮溶剂，然后再加入莫来石粉、金刚石粉，以100r/min的转速搅拌10min，最后以200W的功率超声分散1h，即可。

本实施例的喷涂液的制备方法为将MoS₂粉、硼酸铝晶须在1500℃下进行熔炼，熔炼20min后冷却至室温，再球磨过10目，即可。

本发明还提供了一种制备纺织机械用耐磨高寿命的镁合金材料的方法，包括以下步骤：

步骤一，按要求称量各组分原料；

步骤二，将Al、Ce、Mn、Sc、Y、Re、Mg依次加入到熔炼炉中先以1500-1700℃进行熔炼处理，熔炼时间为25min，随后冷却至室温成型；

步骤三，将步骤二中成型材料先与烧结助剂烧结处理，烧结过程中烧结温度为900℃，同时施加8MPa的压力，得到烧结料A；

步骤四，步骤三中烧结料A进行激光熔覆处理，激光功率为1KW，熔覆速度为1mm/s，激光光斑直径为3mm，采用同轴送粉方式对耐磨加强剂送粉；

步骤五，送粉结束先采用紫外光辐照处理10min，然后进行热处理，先以10℃/min速度将温度升至700℃，保温10min，然后以2℃/min将温度将至450℃，再保温35min，然后空冷至室温；

步骤六，将喷涂液通过喷涂工艺喷涂到步骤五中的合金材料，最后再在电压为200V下每隔5min轰击10min，共轰击1h，轰击结束，得到轰击料B；

步骤七，将轰击料在进行二次烧结处理，烧结温度为1100℃，烧结压力为10MPa，烧结结束冷却至室温，即得本发明的镁合金材料。

本实施例的耐磨加强剂送粉的条件为送粉率为10g/min，氩气流量为10L/min。

本实施例的喷涂工艺中喷涂电压为30KV，喷涂距离为100mm。

实施例2：

本实施例的一种纺织机械用耐磨高寿命的镁合金材料，包括以下重量百分比的原料：

Al 5.19％、Ce 1.54％、Mn 0.34％、Sc 0.9％、Y 0.7％、Re 0.19％、余量为Mg。

本实施例的纺织机械用耐磨高寿命的镁合金材料中还添加有烧结助剂，烧结助剂的量为Mg总量的20％。

本实施例的烧结助剂的制备方法为将Cr₃C₂、Si粉、Ti粉按照重量比3:2:1加入到熔炼炉中进行熔炼处理，熔炼温度为1400℃，熔炼时间为2h，熔炼结束，即得烧结助剂。

本实施例的纺织机械用耐磨高寿命的镁合金材料中还添加有Mg总量10％的耐磨加强剂，Mg总量40％的喷涂液。

本实施例的耐磨加强剂的制备方法为螺旋碳纳米管加入到磁力搅拌器中，随后再加入丙酮溶剂，然后再加入莫来石粉、金刚石粉，以200r/min的转速搅拌20min，最后以200W的功率超声分散1h，即可。

本实施例的喷涂液的制备方法为将MoS₂粉、硼酸铝晶须在1500℃下进行熔炼，熔炼20min后冷却至室温，再球磨过10目，即可。

本发明还提供了一种制备纺织机械用耐磨高寿命的镁合金材料的方法，包括以下步骤：

步骤一，按要求称量各组分原料；

步骤二，将Al、Ce、Mn、Sc、Y、Re、Mg依次加入到熔炼炉中先以1700℃进行熔炼处理，熔炼时间为35min，随后冷却至室温成型；

步骤三，将步骤二中成型材料先与烧结助剂烧结处理，烧结过程中烧结温度为1000℃，同时施加12MPa的压力，得到烧结料A；

步骤四，步骤三中烧结料A进行激光熔覆处理，激光功率为2KW，熔覆速度为3mm/s，激光光斑直径为5mm，采用同轴送粉方式对耐磨加强剂送粉；

步骤五，送粉结束先采用紫外光辐照处理20min，然后进行热处理，先以10℃/min速度将温度升至700℃，保温20min，然后以2℃/min将温度将至450℃，再保温45min，然后空冷至室温；

步骤六，将喷涂液通过喷涂工艺喷涂到步骤五中的合金材料，最后再在电压为300V下每隔5min轰击20min，共轰击1h，轰击结束，得到轰击料B；

步骤七，将轰击料在进行二次烧结处理，烧结温度为1100℃，烧结压力为10MPa，烧结结束冷却至室温，即得本发明的镁合金材料。

本实施例的耐磨加强剂送粉的条件为送粉率为14g/min，氩气流量为10L/min。

本实施例的喷涂工艺中喷涂电压为50KV，喷涂距离为120mm。

实施例3：

本实施例的一种纺织机械用耐磨高寿命的镁合金材料，包括以下重量百分比的原料：

Al 5.17％、Ce 1.53％、Mn 0.31％、Sc 0.75％、Y 0.55％、Re 0.17％、余量为Mg。

本实施例的纺织机械用耐磨高寿命的镁合金材料中还添加有烧结助剂，烧结助剂的量为Mg总量的10-20％。

本实施例的烧结助剂的制备方法为将Cr₃C₂、Si粉、Ti粉按照重量比3:2:1加入到熔炼炉中进行熔炼处理，熔炼温度为1200℃，熔炼时间为1.5h，熔炼结束，即得烧结助剂。

本实施例的纺织机械用耐磨高寿命的镁合金材料中还添加有Mg总量10％的耐磨加强剂，Mg总量35％的喷涂液。

本实施例的耐磨加强剂的制备方法为螺旋碳纳米管加入到磁力搅拌器中，随后再加入丙酮溶剂，然后再加入莫来石粉、金刚石粉，以150r/min的转速搅拌15min，最后以200W的功率超声分散1h，即可。

本实施例的喷涂液的制备方法为将MoS₂粉、硼酸铝晶须在1500℃下进行熔炼，熔炼20min后冷却至室温，再球磨过10目，即可。

本发明还提供了一种制备纺织机械用耐磨高寿命的镁合金材料的方法，包括以下步骤：

步骤一，按要求称量各组分原料；

步骤二，将Al、Ce、Mn、Sc、Y、Re、Mg依次加入到熔炼炉中先以1600℃进行熔炼处理，熔炼时间为25-35min，随后冷却至室温成型；

步骤三，将步骤二中成型材料先与烧结助剂烧结处理，烧结过程中烧结温度为950℃，同时施加10MPa的压力，得到烧结料A；

步骤四，步骤三中烧结料A进行激光熔覆处理，激光功率为1.5KW，熔覆速度为2mm/s，激光光斑直径为4mm，采用同轴送粉方式对耐磨加强剂送粉；

步骤五，送粉结束先采用紫外光辐照处理15min，然后进行热处理，先以10℃/min速度将温度升至700℃，保温15min，然后以2℃/min将温度将至450℃，再保温40min，然后空冷至室温；

步骤六，将喷涂液通过喷涂工艺喷涂到步骤五中的合金材料，最后再在电压为250V下每隔5min轰击15min，共轰击1h，轰击结束，得到轰击料B；

步骤七，将轰击料在进行二次烧结处理，烧结温度为1100℃，烧结压力为10MPa，烧结结束冷却至室温，即得本发明的镁合金材料。

本实施例的耐磨加强剂送粉的条件为送粉率为12g/min，氩气流量为10L/min。

本实施例的喷涂工艺中喷涂电压为40KV，喷涂距离为110mm。

对比例1：

与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是先经过喷涂再激光熔覆处理。

对比例2：

与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是喷涂液的制备方法中未添加硼酸铝晶须。

对比例3：

与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是未进行二次烧结处理。

对比例4：

与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是采用中国专利文献公开号：CN107099713A公开了一种镁合金及其制备方法和应用中实施例3原料及方法。

合金耐磨性能测试标准：GB/T 34501-2017

根据上述测试标准对实施例1-3及对比例1-4进行性能测试，测试结果如表1所示

组别	摩擦系数	磨粒磨损体积(mm<sup>3</sup>)
			实施例1	0.14	21.7
实施例2	0.13	21.9
			实施例3	0.11	21.5
对比例1	0.24	59.7
			对比例2	0.15	34.3
对比例3	0.17	39.2
			对比例4	0.33	89.4

表1

本发明实施例1-3及对比例1-4得出，本发明实施例3磨粒磨损体积可达到21.5mm³，摩擦系数可达到0.11，同时通过对比例1可得出，喷涂、激光熔覆处理顺序对合金的耐磨性能具有很大影响。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。