摘 要：离心铸造制备梯度复合材料装置将无级变速电机、新型浇注槽、电控显示自由表面高度定量触头、双层金属型结构应用于梯度复合材料滑动轴承离心铸造装置设计中，实现不同离心铸造工艺参数下制备梯度Mg2Si/ZA40锌基复合材料滑动轴承。梯度锌基复合材料滑动轴承能够代替目前市场上铜合金滑动轴承。离心铸造装置机电结合，结构紧凑，操作简单，性能稳定，安全可靠，环保无污染。
关键词：离心铸造；梯度复合材料；装置；设计
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.042
1 前言
离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型里，在离心力的作用下充型并凝固成铸件的一种铸造方法。根据力学中的惯性，处于旋转状态下的金属液质点相应的产生了离心力，金属液在离心力的作用下充型和凝固，金属补缩效果好，铸件外层组织致密，非金属夹杂物少，机械性能好。离心铸造不用造型、制芯，节省了浇注系统的相关材料及铸造设备投入。特别是铸造空心铸件不需浇冒口，金属利用率可大大提高。因此对某些特定形狀的铸件来说，离心铸造是一种节省材料、节省能耗、高效益的工艺。Mg2Si/ZA40锌基复合材料中Mg2Si与ZA40合金界面结合好，成形性能好，Mg2Si颗粒在ZA40合金呈现梯度分布，有利于减小应力，提高耐磨损性能，提高滑动轴承的工作精确性及使用寿命，在材料上有利于节约资源和能源[1]。
2 离心铸造制备梯度复合材料装置设计思路
离心铸造制备梯度复合材料装置设计思路主要为以下几个方面。一是该装置能够将无级变速电机、新型浇注槽、电控显示自由表面高度定量触头、双层金属型结构应用于梯度复合材料滑动轴承离心铸造装置设计中，实现不同离心铸造工艺参数下制备梯度Mg2Si/ZA40锌基复合材料滑动轴承。二是利用光学显微镜、扫描电子显微镜、环形试样压缩试验、硬度测试以及摩擦磨损试验等分析和检测方法，研究增强相Mg2Si含量对梯度Mg2Si/ZA40锌基复合材料显微组织及力学性能的影响。三是测试在润滑条件下和在干摩擦条件下，Mg2Si/ZA40锌基复合材料滑动轴承铸件的耐磨性能，以便将梯度复合材料的设计思想和制备工艺应用于梯度复合材料滑动轴承开发之中，提高滑动轴承的精确性及使用寿命。四是应用离心铸造制备梯度复合材料，以便用梯度Mg2Si/ZA40锌基复合材料滑动轴承代替目前市场上铜基滑动轴承合金，节约我国紧缺的铜资源，促进可持续发展[2]。
3 离心铸造制备梯度复合材料装置结构特点
离心铸造装置有机架、传动系统、铸型和浇注装置等构成。选用71k400RA-CF-1400rpm型无极调速电机，应用US-52-400W型调速器，获得不同的离心铸造工艺的转速参数。选用刚性凸缘式GY型联轴器，许用扭矩 112N.m，许用转速 9500 r/min，该凸缘式联轴器构造简单，成本低，可传递较大转矩，联轴器不允许两轴有相对位移，无缓冲。本次设计选择单列深沟球轴承，代号是61807，该深沟球轴承将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失，应用选用UCP204-20型号轴承座。通过电动机与联轴器的联接，联轴器与轴的联接，轴与支座的联接，离心铸造制备梯度复合材料装置良好装备一体。离心铸造装置采用可调节温度双层金属型结构，制备多种外径尺寸的梯度复合材料离心铸造滑动轴承；设计底侧有缝隙的新型化浇注槽，采用电控显示自由表面高度定量触头确定离心铸造浇注金属量的多少。
4 离心铸造制备梯度Mg2Si/ZA4锌基复合材料滑动轴承
离心铸造制备梯度Mg2Si/ZA40锌基复合材料滑动轴承，复合材料中Mg2Si颗粒是原位自生形成，Mg2Si的分布与离心力和凝固过程有关[3]。由于Mg2Si的密度仅为1.88g/cm3，小于基体合金的熔体密度，Mg2Si颗粒悬浮于合金熔体中，在离心力场的作用下，Mg2Si颗粒由于密度小开始向筒内壁偏聚，筒状滑动轴承零件的中部成分基本为基体合金成分。在凝固过程中，由于金属模具吸热量大，或者认为用冷却水喷在模具的外壁，也会出现少量生成的Mg2Si颗粒在模具外壁首先急冷，由于尺寸小，质量小，不能在离心力场作用下在熔体中充分移动，就急冷凝固成为组织细小的固相Mg2Si颗粒，在以后的凝固过程中，随着冷却速度降低，凝固后形成非常明显的梯度Mg2Si/ZA40锌基复合材料。在梯度Mg2Si/ZA40锌基复合材料中，Mg2Si颗粒有高的硬度及耐磨性，ZA40合金有具有良好的机械性能，切削加工后表面光洁度好，对刀具磨损少，良好的减摩性能，而且ZA40合金熔点低、熔炼及浇注铸工艺简单、价格低廉、易于成型，应用的不断深入扩大。
5 离心铸造制备梯度复合材料装置特点
将无级变速电机、双层金属型结构等用于离心铸造装置设计，制备Mg2Si/ZA40锌基梯度复合材料滑动轴承。复合材料滑动轴承中Mg2Si与ZA40合金界面结合好，成形性能好，Mg2Si颗粒在ZA40合金呈现梯度分布，有利于减小应力，提高耐磨损性能，提高滑动轴承的工作精确性及使用寿命，在材料上有利于节约资源和能源[4]。
参考文献：
[1]闫承俊，王吉岱.锌铝合金的研究现状及应用[J].中国铸造设备与技术，2005（04）：4-7.
[2]陈体军，袁承人，郝远等.原位自生 Sip/ZA27复合材料的磨损性能[J].中国有色金属学报，2008，18（07）：1231-1236.
[3]王香，张二林，曾严松等.XD法制备TiCp/Zn-Al复合材料TiCp均匀化过程[J].复合材料学报，2003，20（03）：118-121.
[4]姚宏博，陈刚，赵玉涛等.液态混熔工艺制备原位Sip/ZA27基复合材料[J].特种铸造及有色合金，2009，29（04）：360-362.
基金项目：国家大学生创新训练基金资助项目（项目编号：201710720001）
