本發明涉及合金領域，具體為一種稀土耐磨合金。本發明的稀土耐磨合金具有較好的耐磨性能、機械強度，能夠滿足礦山、冶金、機械等領域加工的需要，具有較好的應用前景。
背景技術：
近年來，隨著科技的發展，對于材料的要求也越來越高；尤其是在礦山、冶金、機械、煤炭、石油、建材、交通等工業領域中，對于材料的性能要求越來越高。其中，磨損是設備失效或材料破壞的重要因素，也是導致機械失效的原因之一，還會導致能源和材料的大量消耗。在礦山、冶金、機械、煤炭、石油、建材、交通等工業領域中，由于使用環境惡劣，使得材料磨損情況更加嚴重。為此，迫切需要一種機械強度高耐磨性能好的合金，以滿足相關領域的需要。
目前，廣泛應用的金屬耐磨材料主要包括：耐磨銅合金和非金屬耐磨材料，前者成本高，存在韌性差和耐磨性差，生產耗能大的不足，而后者的脆性較大，在使用中易剝落，甚至開裂，難以滿足現代工業發展對高性能耐磨材料的要求，應用受到極大限制。
為提高金屬耐磨材料的抗磨性能，滿足應用要求，近年來，國內外開展了大量的研究，開發出了大量的新型高性能耐磨材料。我國業在1999年公布了鋅基合金的國家標準，該鋅基合金與普通耐磨材料相比，具有耐磨損，機械性能好，熱處理工藝簡單，能耗低等優點，適合于制作，但其生產成本高，生產澆鑄不穩定，成品率低，使用范為較窄，且還存在著高溫性能差，膨脹系數大的問題，使用中易剝落甚至開裂等不足。
為此，迫切需要一種新的合金，以解決上述問題。
技術實現要素：
本發明的發明目的在于：針對目前現有的耐磨鋅鋁基合金中雖然具有較好得到耐磨性，但是綜合機械強度不高，大尺寸零件生產合格率不高，且還存在著高溫性能差，易開裂，使用中易剝落甚至開裂等不足的問題，提供一種稀土耐磨合金。本發明通過組分之間的相互配合，使得合金在具有較好的耐磨、減摩性能的前提下，有效提高合金的機械性能，且在高溫環境下，材料依然保持較好的機械強度，有效避免合金在高溫工況下開裂、剝落等現象的發生，滿足實際應用的需要，擴大了合金的使用范圍。本發明的合金生產工藝簡單，成本低，強度高，具有較好的綜合機械性能，能夠滿足實際應用的需要。
為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：
一種稀土耐磨合金，其含有的化學元素成分及其質量百分比為：鋅30~32%，銅5~8.5%，鎂0.1~0.5%，錳0.8~1.5%，鑭0.1-0.5%，鐠0.05-0.2%，錸0.5~1.0%，鋯0.4~0.55%，鈦0.5~1.0%，硼0.1~0.2%，s≤0.04%，p≤0.04%，余量為鋁和不可避免的雜質。
其含有的化學元素成分及其質量百分比為：鋅30~32%，銅5.5~7.0%，鎂0.1~0.2%，錳1.0%，鑭0.1-0.3%，鐠0.05-0.15%，錸0.5~1.0%，鋯0.5~0.52%，鈦0.5~1.0%，硼0.1~0.2%，s≤0.04%，p≤0.04%，余量為鋁和不可避免的雜質。
其含有的化學元素成分及其質量百分比為：鋅30%，銅6.1%，鎂0.1%，錳1.0%，鑭0.22%，鐠0.11%，錸0.8%，鋯0.5%，鈦0.7%，硼0.15%，s≤0.04%，p≤0.04%，余量為鋁和不可避免的雜質。
該稀土耐磨合金采用包括以下步驟的方法制備而成：
（1）按配比稱取各組分，備用；
（2）向非真空感應爐中依次加入銅、鋁、鋅，鎂、錳，待熔化攪拌均勻后，將溫度控制在780-850℃，再向其中加入鑭、錸、鐠、鋯、鈦，硼進行熔煉，然后靜置時間為20~25min，得到熔煉液；
（3）將步驟（2）得到的熔煉液澆注成鑄件，即可。
所述步驟2中，待溫度控制在780-850℃，并向其中加入鑭、錸、鐠、鋯、鈦，硼進行熔煉的同時，將稀土耐磨合金總質量0.22~0.28wt%的氟鈦酸鉀撒在液態金屬表面，保溫靜置時間為20~25min，得到熔煉液。
氟鈦酸鉀的加入量為稀土耐磨合金總質量0.25wt%。
針對前述問題，本發明提供一種稀土耐磨合金。本發明的合金含有的化學元素成分及其質量百分比為：鋅30~32%，銅5~8.5%，鎂0.1~0.5%，錳0.8~1.5%，鑭0.1-0.5%，鐠0.05-0.2%，錸0.5~1.0%，鋯0.4~0.55%，鈦0.5~1.0%，硼0.1~0.2%，s≤0.04%，p≤0.04%，余量為鋁和不可避免的雜質。本發明中，以鋁為基礎，通過鋅與鋁復配，形成al-zn固溶體；硼、鋯、鈦作為強化元素，能夠使制備的合金晶粒細化，使制備的合金韌性、強度得到進一步提高；而銅的加入，使的銅與鎂之間形成cu-mg固溶體，通過控制cu和mg的質量比例，能有效提高制備合金的耐磨性能，且mg與mn的加入，還能提高合金的抗熱裂性能；而cu的加入，還能形成zn-cu金屬間化合物硬質點，進而達到提高合金耐磨和減摩的作用；而錸的加入，則能有效減少合金高溫下的材料脆性，有效避免高溫使用時剝落、開裂現象的產生；而通過鑭、鐠的加入，則能顯著提升所制備材料在高溫下的機械性能，有效避免合金在高溫工況下開裂、剝落等現象的發生。另外，合金中s、p的質量百分比不超過0.04，若合金中s、p含量過高，會導致合金性能裂化，降低合金自身的性能。
本發明作為一種新型耐磨減摩材料，具有較好的耐磨性能、機加性能，能夠用于礦山、冶金、機械、煤炭、石油、建材等領域，能夠有效滿足耐磨材料的需要，具有十分廣闊的應用前景和推廣價值，值得大規模推廣和應用。
進一步，本發明提供前述耐磨合金的制備方法，該方法包括如下步驟：（1）按配比稱取各組分，備用；（2）向非真空感應爐中依次加入銅、鋁、鋅，鎂、錳，待熔化攪拌均勻后，將溫度控制在780-850℃，再向其中加入鑭、錸、鐠、鋯、鈦，硼進行熔煉，然后靜置時間為20~25min，得到熔煉液；（3）將步驟（2）得到的熔煉液澆注成鑄件，即可。該制備方法具有生產流程短，工藝簡單，易于操作，成本低的優點，所制備的產品穩定可靠，成品率達95%以上。
經測定，本發明的鑄態稀土耐磨合金20℃下的抗拉強度為550~620mpa，抗壓強度為700~770mpa，布氏硬度達到110~130；其在50℃下的抗拉強度為400~500mpa，抗壓強度為550~630mpa，其在高溫環境下，材料依然保持較好的機械強度，未出現開裂、剝落等現象。
本發明合金通過各組分的相互配合，使多種元素固溶強化，并形成相應的硬質相，使得合金在具有較好的耐磨、減摩性能，且在高溫下，材料依然保持較好的塑性，有效避免合金在高溫下，開裂、剝落等現象的發生，滿足實際應用的需要。同時，本發明中，不含有釩、鉬等元素，合金的生產成本低，能夠滿足工業化、大規模應用的需求。實際應用表明，與傳統鑄造zcupb15sn8相比，本發明的鑄態稀土耐磨合金的磨損率降低了50~70%，使用壽命得到有效延長，具有較好的效果。
進一步，本發明中，在合金的制備過程中，在780-850℃下時，將稀土耐磨合金總質量0.22~0.28wt%的氟鈦酸鉀撒在液態金屬表面。申請人研究發現，添加特定比例的氟鈦酸鉀能夠細化所制備合金材料，進一步提升材料的機械性能。
經測定，經細化步驟處理后，本發明的鑄態稀土耐磨合金20℃、50℃下的抗拉強度、抗壓強度分別得到進一步的提升，具有較好的效果。
具體實施方式
本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
實施例1
本實施例耐磨合金的組分及其質量百分比如下：鋅32%，銅7%，鎂0.2%，錳1%，鑭0.3%，鐠0.15%，錸1%，鋯0.52%，鈦0.9%，硼0.2%，s≤0.04%，p≤0.04%，余量為鋁和不可避免的雜質。
該稀土耐磨合金的制備方法如下：按配比稱取各組分，備用；向非真空感應爐中依次加入銅、鋁、鋅，鎂、錳，待熔化攪拌均勻后，將溫度控制在780-800℃，再向其中加入鑭、錸、鐠、鋯、鈦，硼進行熔煉，然后靜置時間為20~25min，得到熔煉液；將得到的熔煉液澆注成鑄件，即得合金。
經測定，本實施例制備的鑄態稀土耐磨合金在20℃下的抗拉強度為606mpa，抗壓強度為719mpa。將其在50攝氏度下進行測定，其抗拉強度為454mpa，抗壓裂強度為571mpa。
實施例2
本實施例耐磨合金的組分及其質量百分比如下：鋅31.5%，銅5.2%，鎂0.5%，錳1.3%，鑭0.45%，鐠0.2%，錸0.6%，鋯0.55%，鈦0.5%，硼0.16%，s≤0.04%，p≤0.04%，余量為鋁和不可避免的雜質。
該稀土耐磨合金的制備方法如下：按配比稱取各組分，備用；向非真空感應爐中依次加入銅、鋁、鋅，鎂、錳，待熔化攪拌均勻后，將溫度控制在800-820℃，再向其中加入鑭、錸、鐠、鋯、鈦，硼進行熔煉，然后靜置時間為20~22min，得到熔煉液；將得到的熔煉液澆注成鑄件，即得合金。
經測定，本實施例制備的鑄態稀土耐磨合金在20℃下的抗拉強度為587mpa，抗壓強度為694mpa。將其在50攝氏度下進行測定，其抗拉強度為410mpa，抗壓裂強度為551mpa。
實施例3
本實施例耐磨合金的組分及其質量百分比如下：鋅30%，銅6.1%，鎂0.1%，錳1%，鑭0.22%，鐠0.11%，錸0.8%，鋯0.5%，鈦0.7%，硼0.15%，s≤0.04%，p≤0.04%，余量為鋁和不可避免的雜質。
該稀土耐磨合金的制備方法如下：按配比稱取各組分，備用；向非真空感應爐中依次加入銅、鋁、鋅，鎂、錳，待熔化攪拌均勻后，將溫度控制在820-850℃，再向其中加入鑭、錸、鐠、鋯、鈦，硼進行熔煉，然后靜置時間為25min，得到熔煉液；將得到的熔煉液澆注成鑄件，即得合金。
經測定，本實施例制備的鑄態稀土耐磨合金在20℃下的抗拉強度為615mpa，抗壓強度為730mpa，布氏硬度為130。將其在50攝氏度下進行測定，其抗拉強度為482mpa，抗壓強度為576mpa。
實施例4
本實施例耐磨合金的組分及其質量百分比如下：鋅30.5%，銅8%，鎂0.35%，錳1.5%，鑭0.1%，鐠0.08%，錸0.6%，鋯0.45%，鈦0.8%，硼0.1%，s≤0.04%，p≤0.04%，余量為鋁和不可避免的雜質。
該稀土耐磨合金的制備方法如下：按配比稱取各組分，備用；向非真空感應爐中依次加入銅、鋁、鋅，鎂、錳，待熔化攪拌均勻后，將溫度控制在800-820℃，再向其中加入鑭、錸、鐠、鋯、鈦，硼進行熔煉，然后靜置時間為20~22min，得到熔煉液；將得到的熔煉液澆注成鑄件，即得合金。
經測定，本實施例制備的鑄態稀土耐磨合金在20℃下的抗拉強度為598mpa，抗壓強度為711mpa，壓縮率為46.5%，延伸率6.5%；布氏硬度130。將其在50攝氏度下進行測定，其抗拉強度為422mpa，抗壓裂強度為566mpa。
實施例5
按實施例3的配比稱取各組分。該稀土耐磨合金的制備方法如下：按配比稱取各組分，備用；向非真空感應爐中依次加入銅、鋁、鋅，鎂、錳，待熔化攪拌均勻后，將溫度控制在820-850℃，再向其中加入鑭、錸、鐠、鋯、鈦，硼進行熔煉，并將稀土耐磨合金總質量0.22~0.28wt%的氟鈦酸鉀撒在液態金屬表面，然后靜置時間為25min，得到熔煉液；將得到的熔煉液澆注成鑄件，即得合金。
經測定，本實施例制備的鑄態稀土耐磨合金在20℃下的抗拉強度為626mpa，抗壓強度為752mpa。將其在50攝氏度下進行測定，其抗拉強度為513mpa，抗壓裂強度為628mpa。
本發明并不局限于前述的具體實施方式。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。