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CN105537884A - 一种镍锌基合金制作船用机械涡轮的方法 - Google Patents

一种镍锌基合金制作船用机械涡轮的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镍锌基合金制作船用机械涡轮的方法，所述镍锌基合金的成分及其质量百分比为：La：0.001-0.008％，Ce：0.01-0.10％，Nd：0.01-0.07％，Ca：2.0-3.5％，Sr：0.2-1.0％，Ba：1.0-3.5％，Pb：0.001-0.01％，Cu：1.5-3.0％，Fe：0.05-0.10％，Sn：0.001-0.008％，Mn：0.5-0.9％，Cr：1.5-2.5％，Ni：15-20％，余量为Zn；按化学计量比称取原料，再经研细、压片、焙烧、粗加工、精加工、滚制轮齿制成镍锌基合金涡轮。本发明采用镍锌基合金材料制作船用机械涡轮其成本比锡青铜低25％，比巴氏合金低38％，使用寿命高1.5-2倍，机械性能好，耐磨性能强，适用于船用机械涡轮。

Description

一种镍锌基合金制作船用机械涡轮的方法
技术领域
本发明涉及船用甲板机械制造技术领域，具体是一种镍锌基合金制作船用机械涡轮的方法。
背景技术
船用甲板机械制造业一直以来都是采用锡青铜材料作为涡轮的加工材料，因其较好的加工性能而在甲板机械制造领域长期发挥着领先作用。然而随着工业技术的不断进步，生产力的不断提升，以锡青铜为材料的涡轮已不能充分满足当今人们的需求，而锌基合金与镍基合金恰好以种种优势弥补了以往用锡青铜作为涡轮材料所存在的不足之处。以锌为基加入其他元素组成的合金。常加的合金元素有铝、铜、镁、镉、铅、钛等。锌基合金熔点低，流动性好，易熔焊，钎焊和塑性加工，在大气中耐腐蚀，残废料便于回收和重熔；但蠕变强度低，易发生自然时效引起尺寸变化。熔融法制备，压铸或压力加工成材。镍基合金具有优异的耐磨性能，其抗氧化、耐腐蚀、焊接性能也好。锌基合金、镍基合金与锡青铜相比，其主要优点如下：机械性能更优越、摩擦磨损特性更加优良、价格更低廉、重量更轻。由以上可知，锌基合金、镍基合金有足够的优势来替代锡青铜材料应用于机械涡轮的制作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低、使用寿命长、机械性能好、耐磨性能强的镍锌基合金制作船用机械涡轮的方法，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：
一种镍锌基合金制作船用机械涡轮的方法，包括以下步骤：
(1)准备原料：所述镍锌基合金的成分及其质量百分比为：La：0.001-0.008％，Ce：0.01-0.10％，Nd：0.01-0.07％，Ca：2.0-3.5％，Sr：0.2-1.0％，Ba：1.0-3.5％，Pb：0.001-0.01％，Cu：1.5-3.0％，Fe：0.05-0.10％，Sn：0.001-0.008％，Mn：0.5-0.9％，Cr：1.5-2.5％，Ni：15-20％，余量为Zn；以元素的氧化物、金属单质、卤化物或碳酸盐为原料，按化学计量比称取，充分研细混匀并压片，获得混合物样品；
(2)焙烧：将步骤(1)获得的混合物样品置入坩埚中，在还原气氛条件下，放入高温马弗炉中焙烧，获得烧结体；所述混合物样品的焙烧温度为1000-1400℃，焙烧时间为5-10小时；
(3)将步骤(2)获得的烧结体处理后得到镍锌基合金毛坯；
(4)粗加工：将镍锌基合金毛坯进行粗加工，包括车外圆、车内孔及表面处理，制成镍锌基合金圆环；
(5)精加工：将粗加工制成的镍锌基合金圆环进行精加工，包括精车内圆、内孔、车圆弧，然后将镍锌基合金圆环与轮毂装配，用定位销定位，制成镍锌基合金圆轮；
(6)滚制轮齿：将精加工制成的镍锌基合金圆轮放在滚制轮齿机上滚制轮齿，制成镍锌基合金涡轮。
作为本发明进一步的方案：所述镍锌基合金的成分及其质量百分比为：La：0.002-0.005％，Ce：0.02-0.08％，Nd：0.01-0.05％，Ca：2.3-3.0％，Sr：0.3-0.8％，Ba：1.5-3.2％，Pb：0.003-0.08％，Cu：2.0-2.5％，Fe：0.06-0.09％，Sn：0.002-0.006％，Mn：0.6-0.8％，Cr：1.7-2.2％，Ni：17-19％，余量为Zn。
作为本发明进一步的方案：所述镍锌基合金的成分及其质量百分比为：La：0.004％，Ce：0.05％，Nd：0.03％，Ca：2.5％，Sr：0.5％，Ba：2.2％，Pb：0.006％，Cu：2.2％，Fe：0.075％，Sn：0.003％，Mn：0.70％，Cr：2.0％，Ni：18.20％，余量为Zn。
作为本发明进一步的方案：还原气氛采用氢气或一氧化碳。
作为本发明进一步的方案：所述混合物样品的焙烧温度为1100-1300℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用镍锌基合金材料制作船用机械涡轮其成本比锡青铜低25％，比巴氏合金低38％，使用寿命高1.5-2倍，机械性能好，耐磨性能强，适用于船用机械涡轮。解决了传统涡轮(甲板机械上的关键传动部件)因使用锡青铜材料而PV(压力-速度)特性较差，摩擦系数较大，耐磨性能不够从而致使整机工作性能较差的弊端。另外，由于镍锌基合金市场价格较低廉，解决了机械制造公司企业成本浪费的问题。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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
本发明实施例中，一种镍锌基合金制作船用机械涡轮的方法，包括以下步骤：
(1)准备原料：所述镍锌基合金的成分及其质量百分比为：La：0.001％，Ce：0.10％，Nd：0.01％，Ca：3.5％，Sr：0.2％，Ba：3.5％，Pb：0.001％，Cu：3.0％，Fe：0.05％，Sn：0.008％，Mn：0.5％，Cr：2.5％，Ni：15％，余量为Zn；以元素的氧化物、金属单质、卤化物或碳酸盐为原料，按化学计量比称取，充分研细混匀并压片，获得混合物样品。
(2)焙烧：将步骤(1)获得的混合物样品置入坩埚中，在氢气或一氧化碳气氛条件下，放入高温马弗炉中焙烧，获得烧结体；所述混合物样品的焙烧温度为1000℃，焙烧时间为10小时。
(3)将步骤(2)获得的烧结体处理后得到镍锌基合金毛坯。
(4)粗加工：将镍锌基合金毛坯进行粗加工，包括车外圆、车内孔及表面处理，制成镍锌基合金圆环。
(5)精加工：将粗加工制成的镍锌基合金圆环进行精加工，包括精车内圆、内孔、车圆弧，然后将镍锌基合金圆环与轮毂装配，用定位销定位，制成镍锌基合金圆轮。
(6)滚制轮齿：将精加工制成的镍锌基合金圆轮放在滚制轮齿机上滚制轮齿，制成镍锌基合金涡轮。
实施例2
本发明实施例中，一种镍锌基合金制作船用机械涡轮的方法，包括以下步骤：
(1)准备原料：所述镍锌基合金的成分及其质量百分比为：La：0.008％，Ce：0.01％，Nd：0.07％，Ca：2.0％，Sr：1.0％，Ba：1.0％，Pb：0.01％，Cu：1.5％，Fe：0.10％，Sn：0.001％，Mn：0.9％，Cr：1.5％，Ni：20％，余量为Zn；以元素的氧化物、金属单质、卤化物或碳酸盐为原料，按化学计量比称取，充分研细混匀并压片，获得混合物样品。
(2)焙烧：将步骤(1)获得的混合物样品置入坩埚中，在氢气或一氧化碳气氛条件下，放入高温马弗炉中焙烧，获得烧结体；所述混合物样品的焙烧温度为1400℃，焙烧时间为5小时。
(3)将步骤(2)获得的烧结体处理后得到镍锌基合金毛坯。
(4)粗加工：将镍锌基合金毛坯进行粗加工，包括车外圆、车内孔及表面处理，制成镍锌基合金圆环。
(5)精加工：将粗加工制成的镍锌基合金圆环进行精加工，包括精车内圆、内孔、车圆弧，然后将镍锌基合金圆环与轮毂装配，用定位销定位，制成镍锌基合金圆轮。
(6)滚制轮齿：将精加工制成的镍锌基合金圆轮放在滚制轮齿机上滚制轮齿，制成镍锌基合金涡轮。
实施例3
本发明实施例中，一种镍锌基合金制作船用机械涡轮的方法，包括以下步骤：
(1)准备原料：所述镍锌基合金的成分及其质量百分比为：La：0.002％，Ce：0.02％，Nd：0.01％，Ca：2.3％，Sr：0.3％，Ba：1.5％，Pb：0.003％，Cu：2.0％，Fe：0.06％，Sn：0.002％，Mn：0.6％，Cr：1.7％，Ni：17％，余量为Zn。以元素的氧化物、金属单质、卤化物或碳酸盐为原料，按化学计量比称取，充分研细混匀并压片，获得混合物样品。
(2)焙烧：将步骤(1)获得的混合物样品置入坩埚中，在氢气或一氧化碳气氛条件下，放入高温马弗炉中焙烧，获得烧结体；所述混合物样品的焙烧温度为1100℃，焙烧时间为6小时。
(3)将步骤(2)获得的烧结体处理后得到镍锌基合金毛坯。
(4)粗加工：将镍锌基合金毛坯进行粗加工，包括车外圆、车内孔及表面处理，制成镍锌基合金圆环。
(5)精加工：将粗加工制成的镍锌基合金圆环进行精加工，包括精车内圆、内孔、车圆弧，然后将镍锌基合金圆环与轮毂装配，用定位销定位，制成镍锌基合金圆轮。
(6)滚制轮齿：将精加工制成的镍锌基合金圆轮放在滚制轮齿机上滚制轮齿，制成镍锌基合金涡轮。
实施例4
本发明实施例中，一种镍锌基合金制作船用机械涡轮的方法，包括以下步骤：
(1)准备原料：所述镍锌基合金的成分及其质量百分比为：La：0.005％，Ce：0.08％，Nd：0.05％，Ca：3.0％，Sr：0.8％，Ba：3.2％，Pb：0.08％，Cu：2.5％，Fe：0.09％，Sn：0.006％，Mn：0.8％，Cr：2.2％，Ni：19％，余量为Zn。以元素的氧化物、金属单质、卤化物或碳酸盐为原料，按化学计量比称取，充分研细混匀并压片，获得混合物样品。
(2)焙烧：将步骤(1)获得的混合物样品置入坩埚中，在氢气或一氧化碳气氛条件下，放入高温马弗炉中焙烧，获得烧结体；所述混合物样品的焙烧温度为1300℃，焙烧时间为9小时。
(3)将步骤(2)获得的烧结体处理后得到镍锌基合金毛坯。
(4)粗加工：将镍锌基合金毛坯进行粗加工，包括车外圆、车内孔及表面处理，制成镍锌基合金圆环。
(5)精加工：将粗加工制成的镍锌基合金圆环进行精加工，包括精车内圆、内孔、车圆弧，然后将镍锌基合金圆环与轮毂装配，用定位销定位，制成镍锌基合金圆轮。
(6)滚制轮齿：将精加工制成的镍锌基合金圆轮放在滚制轮齿机上滚制轮齿，制成镍锌基合金涡轮。
实施例5
本发明实施例中，一种镍锌基合金制作船用机械涡轮的方法，包括以下步骤：
(1)准备原料：所述镍锌基合金的成分及其质量百分比为：La：0.004％，Ce：0.05％，Nd：0.03％，Ca：2.5％，Sr：0.5％，Ba：2.2％，Pb：0.006％，Cu：2.2％，Fe：0.075％，Sn：0.003％，Mn：0.70％，Cr：2.0％，Ni：18.20％，余量为Zn。以元素的氧化物、金属单质、卤化物或碳酸盐为原料，按化学计量比称取，充分研细混匀并压片，获得混合物样品。
(2)焙烧：将步骤(1)获得的混合物样品置入坩埚中，在氢气或一氧化碳气氛条件下，放入高温马弗炉中焙烧，获得烧结体；所述混合物样品的焙烧温度为1200℃，焙烧时间为8小时。
(3)将步骤(2)获得的烧结体处理后得到镍锌基合金毛坯。
(4)粗加工：将镍锌基合金毛坯进行粗加工，包括车外圆、车内孔及表面处理，制成镍锌基合金圆环。
(5)精加工：将粗加工制成的镍锌基合金圆环进行精加工，包括精车内圆、内孔、
车圆弧，然后将镍锌基合金圆环与轮毂装配，用定位销定位，制成镍锌基合金圆轮。
(6)滚制轮齿：将精加工制成的镍锌基合金圆轮放在滚制轮齿机上滚制轮齿，制成镍锌基合金涡轮。
采用本发明实施例5制作的镍锌基合金涡轮，其机械性能、耐磨性能与传统锡青铜材料对比的相关数据如表1-2所示：
表1机械性能对比表
表2耐磨性能对比表
合金 ZQSn10-1(锡青铜) 实施例5
材料状态 均匀化处理状态 金属性铸态
体积损失(mm3) 4.95 5.42
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。

Claims (5)

1.一种镍锌基合金制作船用机械涡轮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)准备原料：所述镍锌基合金的成分及其质量百分比为：La：0.001-0.008％，Ce：0.01-0.10％，Nd：0.01-0.07％，Ca：2.0-3.5％，Sr：0.2-1.0％，Ba：1.0-3.5％，Pb：0.001-0.01％，Cu：1.5-3.0％，Fe：0.05-0.10％，Sn：0.001-0.008％，Mn：0.5-0.9％，Cr：1.5-2.5％，Ni：15-20％，余量为Zn；以元素的氧化物、金属单质、卤化物或碳酸盐为原料，按化学计量比称取，充分研细混匀并压片，获得混合物样品；
(2)焙烧：将步骤(1)获得的混合物样品置入坩埚中，在还原气氛条件下，放入高温马弗炉中焙烧，获得烧结体；所述混合物样品的焙烧温度为1000-1400℃，焙烧时间为5-10小时；
(3)将步骤(2)获得的烧结体处理后得到镍锌基合金毛坯；
(4)粗加工：将镍锌基合金毛坯进行粗加工，包括车外圆、车内孔及表面处理，制成镍锌基合金圆环；
(5)精加工：将粗加工制成的镍锌基合金圆环进行精加工，包括精车内圆、内孔、车圆弧，然后将镍锌基合金圆环与轮毂装配，用定位销定位，制成镍锌基合金圆轮；
(6)滚制轮齿：将精加工制成的镍锌基合金圆轮放在滚制轮齿机上滚制轮齿，制成镍锌基合金涡轮。
2.根据权利要求1所述的镍锌基合金制作船用机械涡轮的方法，其特征在于，所述镍锌基合金的成分及其质量百分比为：La：0.002-0.005％，Ce：0.02-0.08％，Nd：0.01-0.05％，Ca：2.3-3.0％，Sr：0.3-0.8％，Ba：1.5-3.2％，Pb：0.003-0.08％，Cu：2.0-2.5％，Fe：0.06-0.09％，Sn：0.002-0.006％，Mn：0.6-0.8％，Cr：1.7-2.2％，Ni：17-19％，余量为Zn。
3.根据权利要求2所述的镍锌基合金制作船用机械涡轮的方法，其特征在于，所述镍锌基合金的成分及其质量百分比为：La：0.004％，Ce：0.05％，Nd：0.03％，Ca：2.5％，Sr：0.5％，Ba：2.2％，Pb：0.006％，Cu：2.2％，Fe：0.075％，Sn：0.003％，Mn：0.70％，Cr：2.0％，Ni：18.20％，余量为Zn。
4.根据权利要求1所述的镍锌基合金制作船用机械涡轮的方法，其特征在于，还原气氛采用氢气或一氧化碳。
5.根据权利要求1所述的镍锌基合金制作船用机械涡轮的方法，其特征在于，所述混合物样品的焙烧温度为1100-1300℃。
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