电磁搅拌及稀土La添加对Al-Sn合金组织与性能的影响

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Al-Sn合金具有优良的轴承特性且无铅环保,在轴承材料中极具吸引力。随着工业技术的进步,轴承的工作环境越来越复杂,需要其在高温、高负载及强腐蚀等特殊工况下长时间工作,对轴承材料性能提出了更高的要求。本文分别通过电磁搅拌和添加稀土La制备Al-Sn合金,进行摩擦磨损试验、电化学试验和静态浸泡试验,结合扫描电镜、三维表面轮廓仪和X射线光电子能谱仪等分析检测仪器的表征结果,对比研究了电磁搅拌参数及稀土La含量对合金组织、摩擦学性能和腐蚀性能的影响。主要研究结果如下:(1)Al-Sn合金铸态组织为树枝晶,通过控制电磁搅拌电流和频率的大小,电磁力对树枝晶的破碎作用增强,晶粒之间的粘连现象得到明显改善,晶粒尺寸降低,形貌更加规整。搅拌参数为60A、30Hz时,平均晶粒尺寸从49.68μm减小到21.72μm,降低了56.3%。随着稀土La的添加,Al-Sn合金表面裂纹、偏析等微观缺陷减少。当稀土含量为0.34 wt.%时,Sn相呈短条状或椭球状均匀分布,晶粒得到细化。(2)Al-Sn合金摩擦学性能随着电磁搅拌的施加得到改善,摩擦系数曲线波动变小,磨损表面剥落减少。磨损面形成光滑连续氧化膜,起到自润滑作用。当搅拌参数为60A、30Hz时,平均摩擦系数和磨损体积均最小,为0.312和0.1168mm~3,比未施加电磁搅拌样品分别下降了35.8%和81.3%。稀土硬质点的存在提供了合金所需强度,合金耐磨性得到一定优化。但随着La含量的增多(>0.34 wt.%),存在更多硬质颗粒在摩擦过程中剥离表面,产生磨粒磨损,减弱摩擦学性能。(3)施加电磁搅拌后,细化的微观组织使Al-Sn合金化学成分更均匀,减小局部电化学差异,降低腐蚀敏感性。浸泡720h时表面存在更多细小颗粒组成的腐蚀产物膜,孔隙减少,致密性增加,且生成更多Sn O2,有利于提升合金的耐腐蚀性能。Al-Sn合金腐蚀性能随La含量的增加先升高后降低。添加La合金表面检测到稀土氧化物La2O3,与腐蚀产物膜紧密结合,提高了腐蚀产物膜的致密性。
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