鋁基稀土新材料在機(jī)械產(chǎn)品中的應(yīng)用研究

陳長(zhǎng)科

（新疆眾和股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830013）

銅合金擁有導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐腐、耐磨等多種優(yōu)秀特性，在機(jī)械生產(chǎn)中被廣泛使用，但由于銅合金的價(jià)格普遍較高，一般都在28.4～39.7元/公斤，并且維修價(jià)格也相當(dāng)不菲[1]，使機(jī)械的生產(chǎn)成本的不到有效的控制。因此，為了減低生產(chǎn)成本、保證經(jīng)濟(jì)效益、加強(qiáng)生產(chǎn)廠家在機(jī)械生產(chǎn)制造市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力，部分生產(chǎn)廠家生產(chǎn)過(guò)程中，將鋁基稀土材料代替銅合金有色金屬應(yīng)用在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)、售后跟蹤觀察，取得了良好效果。

1 鋁基稀土材料概述

鋁基稀土材料是指以鋁或者是鋁合金作為基體，在其中填充顆粒的鈧（SC）、銩（Tm）、釔（Y）等稀土金屬元素而形成的鋁基稀土復(fù)合材料，根據(jù)鋁基材料中填充物的不同能夠使其具備低密度、高強(qiáng)度、高韌性、耐磨及熱穩(wěn)定性等眾多特點(diǎn)，在航空領(lǐng)域、現(xiàn)代電子儀器、體育器材、汽車機(jī)械等多個(gè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。同時(shí)，鋁基稀土材料的硬度一般在110HB～140HB；抗拉強(qiáng)度370～410N/mm2，與銅合金等有色金屬硬度45HB～80HB；抗拉強(qiáng)度160～2100N/mm2相比明顯更高；并且鋁基稀土材料的延伸率主要集中在1%～4%之間，而價(jià)格分布在18.9～29.7元/kg，相比銅合金的延伸率5%～9%及價(jià)格28.4～39.7元/kg更低，價(jià)格一般只有銅合金的2/3，能夠極大程度降低機(jī)械生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)成本、提高其市場(chǎng)占比，因此，鋁基稀土新材料在目前機(jī)械生產(chǎn)中所占地位越來(lái)越高，對(duì)于機(jī)械生產(chǎn)廠家控制成本及整個(gè)機(jī)械生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)，有著重要意義。

2 鋁基稀土新材料經(jīng)濟(jì)效益分析

由于鋁基稀土新材料本身價(jià)格相對(duì)較低，同時(shí)在維修過(guò)程中也更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，因此在實(shí)際的生產(chǎn)中，會(huì)為機(jī)械生產(chǎn)廠家節(jié)約大量的生產(chǎn)成本。在此，筆者通過(guò)對(duì)某機(jī)械生產(chǎn)廠使用鋁基稀土材料及銅合金兩組不同金屬材料，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)制造TjC50A氣動(dòng)絞車及活塞式氣缸馬達(dá)所用成本進(jìn)行比較。其中取鋁基稀土材料平均價(jià)格23.4元/kg；取銅合金材料平均價(jià)格33.1元/kg。

2.1 生產(chǎn)氣動(dòng)絞車所用成本

以每一季度生產(chǎn)TjC50A氣動(dòng)絞車90臺(tái)為例，鋁基稀土材料或銅合金材料主要應(yīng)用于TjC50A氣動(dòng)絞車的開關(guān)閥及配氣閥兩個(gè)結(jié)構(gòu)中。其中使用銅合金作為原材料進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，每個(gè)開關(guān)閥毛坯平均重量為2.963kg；配氣閥平均重量為9.891kg，每年所需生產(chǎn)成本為：

90×33.1×（2.963+9.891）=38292.01（元）

而在生產(chǎn)中使用鋁基稀土材料生產(chǎn)加工時(shí)，氣動(dòng)絞車的開關(guān)閥毛坯重量只有1.513kg，每個(gè)配氣閥毛坯重6.015kg，因此每年所需鋁基稀土材料的成本為：

90×23.4×（1.513+6.015）=15853.97（元）

對(duì)比使用兩種不同材料所需成本的差異，每年在生產(chǎn)TjC50A氣動(dòng)絞車中可節(jié)約成本：

38292.01—15853.97=22438.04（元）

2.2 生產(chǎn)活塞式氣缸馬達(dá)所用成本

以每個(gè)季度生產(chǎn)150臺(tái)活塞式氣缸馬達(dá)為例計(jì)算，其中在配氣閥及開關(guān)閥相關(guān)套件中會(huì)大量用到鋁基稀土材料或者銅合金材料，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，平均每套配氣套件需要銅合金材料3.843kg，而平均每臺(tái)開關(guān)閥需3.676kg，以此計(jì)算：

150×33.1×（3.843+3.676）=37331.84（元）

而用鋁基稀土材料進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，平均每套配氣閥套件需要鋁基稀土材料2.613kg，平均每臺(tái)開關(guān)閥套件需2.193kg，所需成本為：

150×23.4×（2.613+2.193）=16869.06（元）

在使用銅合金及鋁基稀土兩種不同材料進(jìn)行生產(chǎn)制造活塞式氣缸馬達(dá)過(guò)程中，每年可節(jié)約成本：

37331.84—16869.06=20462.78（元）

從以上兩種機(jī)械生產(chǎn)中可以看出，鋁基稀土材料相比銅合金材料有更高的經(jīng)濟(jì)效益，能夠?yàn)樯a(chǎn)廠商節(jié)約大量的生產(chǎn)成本，在生產(chǎn)成本減低的同時(shí)，也使得機(jī)械生產(chǎn)廠商字整個(gè)機(jī)械制造市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力更強(qiáng)，能夠有效的推動(dòng)整個(gè)機(jī)械生產(chǎn)市場(chǎng)的快速發(fā)展。

3 機(jī)械性能分析

鋁基材料的性能與填充在鋁基合金中的填充物的特點(diǎn)有著密切的關(guān)系，稀土元素都非?；顫?，易于其它物反射反應(yīng)，并形成穩(wěn)定的化合結(jié)構(gòu)，一般的鋁基稀土材料具有以下幾種機(jī)械性能。

（1）加工性好。在對(duì)鋁基稀土材料進(jìn)行加工過(guò)程中，鋁基稀土材料都表現(xiàn)出良好的“依從性”，從模具制作到實(shí)際機(jī)加工的整個(gè)過(guò)程中，都不需要特殊設(shè)備參與其加工制造，在制造工藝方面也沒有特殊的要求，僅由尋常的設(shè)備及工藝就能完成加工，這也間接提高了機(jī)械生產(chǎn)廠商經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，對(duì)機(jī)械設(shè)備日常維護(hù)工作及設(shè)備維修的操作流程也相當(dāng)簡(jiǎn)便，并且不會(huì)受到冬季低溫的影響，能夠隨時(shí)進(jìn)行，維修成本也相對(duì)減低，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（2）耐磨性強(qiáng)。在鋁基稀土材料中組成元素較多，成分復(fù)雜，其工作溫度能夠達(dá)到390℃以上，擁有極強(qiáng)的抗熱性能，能夠在重型機(jī)械設(shè)備工作產(chǎn)生的高溫中長(zhǎng)期持續(xù)的進(jìn)行工作，而不易被損壞，尤其是在某些機(jī)械中，由于日常護(hù)理不到位，使機(jī)械運(yùn)行中的潤(rùn)滑不足，會(huì)對(duì)機(jī)械材料造成極大磨損，而鋁基稀土材料的使用，相比銅合金的金屬材料，能夠顯著提高機(jī)械使用壽命，使機(jī)械在比較惡劣的環(huán)境中也能有效、正常的進(jìn)行工作。

4 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)代化的發(fā)展中，價(jià)格及品質(zhì)是判定優(yōu)秀產(chǎn)品的重要指標(biāo)，在對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的制造生產(chǎn)中也有著重要的意義。鋁基稀土材料的出現(xiàn)能為機(jī)械產(chǎn)品帶來(lái)更加優(yōu)良的工作性能，同時(shí)在其生產(chǎn)制造中能夠顯著減低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于機(jī)械生產(chǎn)廠商的生產(chǎn)發(fā)展都有著重要的意義，同時(shí)能夠促進(jìn)機(jī)械生產(chǎn)制造的研究創(chuàng)新，對(duì)于我國(guó)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展也有顯著的推動(dòng)作用。

[1]范建文,梁秀兵,張志彬,等.鋁基非晶合金防腐蝕耐磨損性能的研究進(jìn)展[J].材料保護(hù),2017,50(8):72-76.