原文

，卷:16(2)

添加铝对锡锑合金组织和物理性能的影响

*通信:

阿巴斯Al-Bawee伊拉克迪亚拉大学材料工程系，迪亚拉32001
电话:+ 0201009061678;电子邮件: (电子邮件保护)

摘要

本研究旨在研究不同比例的铝添加量对含锡锑合金Sn87Sb13组织、力学、电学和热性能的影响。使用了许多实验技术。结果表明:添加不同比例铝后，sn87sb13合金的结晶度(峰强度)、晶粒尺寸(峰宽度)和取向(峰位置，2θ)发生了变化。许多机械和物理性能发生了变化;例如，硬度和最小剪切压力合金的摩擦系数增加，而内摩擦则急剧下降。此外，稀土的加入降低了合金的熔化温度，提高了合金的电阻率。因此，加入铝部分后，锡锑合金的性能得到了改善。

关键字

-锑合金;白色金属;内部摩擦;硬度;物理特性。

简介

白色金属可分为两类:锡和铅是其主要成分。锡基白色金属普遍具有高导热性、抗压强度、疲劳、冲击强度和耐腐蚀性低种族隔离的倾向。锡铝合金和铅铝合金的力学性能略有不同。在与铝的所有软合金相中，铟和铅的弹性模量最低，Xie等。[1]。Sn-Sb合金是锡基合金中最重要的一类。锡基白色金属因其金属间化合物(SbSn)比基体坚硬而被称为轴承合金。耐磨性是轴承合金最重要的性能，因为它们通常用于滑动轴承，在移动表面之间传递负载，因为它们的润滑性能，如巴氏合金(白色金属)，参考Wang等人，具有强度和表面性能的良好组合。[2]。

许多先前的研究研究了锡基轴承合金的性能。El-Bediwi, Al-Bawee和Kamal [3.]考察了添加Cu、Bi、Al、Pb、Zn和Ag等合金元素对Sn组织、物理和力学性能的影响₈₇某人₁₃合金。研究表明，添加合金元素后，合金组织和组织相发生了变化。结果还表明，Sn₈₇某人₁₀Pb3合金因其最低的腐蚀速率和内摩擦、可接受的硬度、自润滑性能和良好的热性能而成为最受关注的合金，这对汽车应用具有重要意义。此外，El-Bediwi, Grayb和Kamal [4]研究了添加氧化钛(TiO₂)纳米颗粒对锡-铝-锑轴承合金力学性能和热性能的影响。结果表明，锡锑铅合金具有较好的承载性能，如低内摩擦，高弹性模量和热扩散率，适用于工业应用。此外，El-Bediwi, El-Shishtawi和Abdullah [5]研究了不同成分的锡基合金(Sn₈₀艾尔₁₀某人₁₀、锡₈₀艾尔₁₀Bi₁₀、锡₈₀艾尔₁₀Bi₅某人₅、锡₇₆艾尔₁₀某人₁₀铜₂锌₂和Sn₇₆艾尔₁₀Bi₁₀铜₂锌₂．Sn₇₆艾尔₁₀某人₁₀铜₂锌₂合金是轴承应用的最佳合金，因为具有较高的耐腐蚀性，硬度，热扩散率和低内部摩擦。同年，他们还研究了Sn的显微组织和力学性能₈₀艾尔_20.、锡₇₀艾尔_20.Bi₅锌_3.铜₂、锡₆₅艾尔_20.某人₅Pb₅Cd₅、锡₇₀艾尔_20.某人₅Ag)_3.锌₂和Sn₆₃艾尔_20.某人₁₀Pb₅锌₂发现Sn₇₀艾尔_20.某人₅Ag)_3.锌₂合金具有汽车工业的最佳性能。此外，达伍德[6]研究了Sn的性质₈₀某人₁₅X (X =铜_2.5艾尔_2.5或铜_2.5Pb_2.5或铅_2.5锌_2.5或铅_2.5Bi_2.5)，并指出Sn₈₀某人₁₅Sn₈₀铜_2.5艾尔_2.5合金是最好的一种，因为它低内摩擦系数高，热扩散系数和温度电阻率值高。最后，El-Bediwi, Samir和Kamal [7]检测了Sn等几种轴承合金的结构、机械和热性能₈₂Bi₁₅锌_3.、锡₇₇Bi₁₅锌_3.某人₅、锡₇₉Bi₁₅锌_3.Ag)_3.和Sn_81.3Bi₁₅锌_3.铜_0.7并证明了Sn₇₇Bi₁₅锌_3.某人₅腐蚀速率值最低。加入一定量铋后，合金的熔化温度和接触角均有所降低。LD乐动体育官网

本研究的目的是研究添加不同比例的铝对锡锑锡的结构、力学和物理性能的影响₈₇某人₁₃轴承合金。研究sn基合金的性能对许多工程应用至关重要，如压铸合金、电缆外壳、电池网格、汽车和造船工业，Jiang等。[8]。

材料与方法

Sn_87−x某人₁₃艾尔_x(x= 5,10,15和20)合金由锡，锑和铝制成，纯度为99.5%。合金首先在马弗炉中熔化。接下来，再次熔化已成型的钢锭以增加均匀性。采用单辊熔体纺丝技术，将这些合金制成宽约4 mm、厚约80 μm的长带材。最后，用双刀切割机将样品切成所需的尺寸。具有代表性的水系沉积物样品采集于矿石品位为380ppm的El Reddah河谷不同位置_3.O₈进行这项研究。水系沉积物样品被研磨到所需的颗粒大小。样品制备完成后，对样品进行分析和浸出研究。

采用日本Shimadzu x射线衍射仪(Dx-30)、l=1.54056 Å、45kv、35ma的Cu-Ka辐射和ni滤光片，在0 ~ 100℃的角度范围2q、扫描速度5℃/min的连续模式下，对样品的微观结构进行了研究。x射线衍射是一种重要的工具，用于识别相，量化细胞参数，取向，晶体大小和其他结构参数的变化。它也被用来确定(晶体学)结构(即细胞参数，空间群和原子坐标)的新或未知的晶体材料。

差示扫描量热仪(DSC)采用美国SDT [Q600 (V20.9 Build 20)]仪器，升温速率为10 k/min，温度范围0 ~ 400℃。采用日本fm -7型数字式维氏显微硬度计对试样进行硬度测定。根据Cullity[]，利用动态共振法确定了内耗Q-1。9]和J.N [10]通过绘制振动振幅与振动频率的关系。最后，根据Eichler et al.，由Berry和Pritchett方程推导并计算了热扩散系数Dth [11]。

最后，采用双桥法测定了熔体纺合金的电阻。这种方法为测量小电阻提供了很高的精度，因为触点和电流导体的串联电阻对纳米连接点(f)和(c)的电位没有影响。LD乐动体育官网因为臂电阻R₁, R₂, R_3.和R₄比这些串联电阻大得多。测量方法如下:通过改变电阻R₂, R₄同时电阻R₁, R_3.保持恒定的参考电阻RN不变，直到(f)和(c)点的电位相等，对应于纳米安培表的零读数。此时分段(af)和分段(fe)的压降分别等于分段(ac)和分段(ce)的压降。试件电阻(x)由式计算:

如果R₁= R_3.和R₂= R₄然后:

为了检查电桥电路读数是否校正为已知的参考电阻R_F连接到电桥上，而不是测量到的未知电阻x。未知电阻的实际值Xact可以从

其中X' =电路读数，电阻X连接到它。R_F' =读取X替换为R_F．

这种检查可以大大降低双桥电路的测量误差(大约从0.1- 0.2到0.001 - 0.002%)。

结果与讨论

根据SnSb合金相图(图1), Sn₈₇某人₁₃合金形成Sn和Sb-Sn两相。

x射线衍射结果显示为Sn_87−x某人₁₃艾尔_x(x= 5,10,15和20)具有β Sn, Al, Sb和Al-Sn相对应的线的合金，(图2-6）.

表1 - 5识别了Sn的晶胞参数、取向、晶粒尺寸(2q、强度、d Å、峰最大半宽、相和米勒指数)的变化_87−x某人₁₃艾尔_x合金。结果表明，在基体合金Sn中加入不同比例的Al后，起始基线、峰值强度(结晶度)、峰值宽度(晶粒尺寸)和位置(取向)发生了变化₈₇某人₁₃因为Al原子溶解在Sn-Sb基体合金中，形成了固溶体。其他Al原子积累形成(Al或AlSn金属间相)。

表1。Sn的x射线分析₈₇某人₁₃合金。

表2。Sn的x射线分析₈₂某人₁₃艾尔₅合金。

表3。Sn的x射线分析₇₇某人₁₃艾尔₁₀合金。

表4。Sn的x射线分析₇₂某人₁₃艾尔₁₅合金。

表5所示。Sn的x射线分析₆₇某人₁₃艾尔_20.合金。

晶体尺寸是通过Cullity(1959)中提到的Scherer公式测量衍射图样展宽得到的。表6为计算得到的四方锡相的晶格参数(a和c)、单位体积单元格(V)和晶体尺寸(t)。可以清楚地看到，加入不同比例的Al和Sn₈₇某人₁₃合金的加入使四方锡相的晶格参数和单位晶胞体积发生了微小的变化，晶体尺寸也发生了显著的变化。

表6所示。Sn中β- Sn的晶格参数、单位胞体积和晶体尺寸_{87 - x}某人₁₃艾尔_x合金。

采用共振技术，取频率出现的条带的第一个振幅，用于计算合金的弹性模量、热扩散系数、内摩擦、图7．

图8计算得到Sn的内摩擦系数和热扩散系数_87−x某人₁₃艾尔_x合金如下:

内耗= 0.57735026 *峰值最大半宽(FWHM)/频率(f)

热扩散系数=2*厚度^2 *频率/ 3.14159

结果表明:添加不同比例Al后，基体合金的内摩擦系数显著降低，但热扩散系数在相同速率下基本稳定;

图9示出计算得到的Sn的弹性模量、剪切模量和阻值模量_87−x某人₁₃艾尔_x(x= 5,10,15和20 wt. %)合金使用Minitab17。结果表明，Sn₆₇某人₁₃艾尔_20.三个模块的值都是最高的。

各模块计算如下:

E= 38.32*(密度(ρ)*(泊松比(ν) ^4) *频率(f) ^2)/(样品厚度^2)

样品的密度(ρ) =(质量)/(0.04*0.004*厚度)

合金的泊松比(ν) =各元素的泊松比(ν)之和*化合物中该元素的% %。

剪切模量=杨氏模量/(2*(1+泊松比))

体模量=杨氏模量/(3*(1-2*泊松比))

此外，结果表明，在负载(10 g)和压痕时间(5秒)下，硬度最小压力Sn的₈₇某人₁₃加入Al后合金比例增加，表7．添加铝部分后形成的金属间相(Al Sb)似乎增加了合金的硬度，因为它比基体更硬。增加硬度可以提高材料的耐磨性，这在干滑条件下非常重要。

表7所示。维氏硬度和最小剪切压力Sn的₈₇-xSb₁₃艾尔_x合金。

此外,图10为Sn的电阻率值_87−x某人₁₃艾尔_x(x= 5, 10, 15和20 wt. %)合金。由于溶解的Al原子作为传导电子的散射中心，添加Al含量后基体合金的电阻率增大，从而改变了测得的电阻率。在许多应用中，材料的电行为比其机械行为更关键:El-Bediwi等。[13]。为了在工业应用中选择和使用合金，我们必须了解电阻率等性能是如何产生和控制的。

一般来说，塑性变形增加了电子散射中心的数量，从而提高了电阻率。晶体缺陷是金属中传导电子的散射中心。这取决于温度组成和冷加工的程度。电子散射可能由几种类型的晶格缺陷引起:声子散射、杂质和机械变形。长期以来已知的一个实验事实是，这几个源对电阻率ρ的贡献是相加的。这个规则被称为Mathiessens规则，可以写成:

ρ总= ρ温度+ ρ杂质+ ρ变形

因此，电阻率随温度的增加取决于现有合金元素的数量和变形状态。因此，电阻率的实际原因必须从导致电阻率的电子运动的电位周期性的偏差中寻找:(1)边界(2)晶格缺陷(3)晶格振动(4)外来杂质原子。

最后，在(0 ~ 400℃)升温速率为10℃/min的条件下，得到DSC热谱图。Sn的DSC热谱图_87−x某人₁₃艾尔_x(x= 5,10,15和20 wt. %)的合金示于图11-15．热分析被用来研究固态转变以及固液反应。它们取决于固相的性质和温度。如图所示，SnSb的热峰形状略有变化₁₃合金因加入不同比例的铝而形成。

Sn的熔化温度_87−x某人₁₃艾尔_x合金介绍在图16．可以清楚地看到Sn的熔化温度₈₇某人₁₃加入不同比例的铝后，合金含量降低。

结论

综上所述，可以清楚地看到，添加不同比例的Al和Sn-Sb基合金，除了晶体尺寸发生显著变化外，还会形成新的相，四方锡相的晶格参数和单位细胞体积也会发生差异。在力学性能方面，Sn₆₇某人₁₃艾尔_20.合金具有最高的弹性，剪切和阻值模块。硬度和最小剪切压力加入Al后基体合金的比例增大。结果表明，添加不同分数的Al后，原合金的内摩擦系数显著降低，但热扩散系数几乎稳定在一个固定速率。合金的加入提高了基体的电阻率，并明显降低了基体的熔化温度。Sn₇₇某人₁₃艾尔₁₀合金是最有趣的合金，因为它低熔点和可接受的硬度，最低的内摩擦，最高的热扩散率和电阻率轴承应用。

相互竞争的利益

没有利益冲突

确认

作者想要感谢高级政府部门教育以及科学研究的支持。

参考文献

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