鋁基稀土新材料在機械產品中的應用研究

陳長科

（新疆眾和股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830013）

銅合金擁有導電、導熱、耐腐、耐磨等多種優秀特性，在機械生產中被廣泛使用，但由于銅合金的價格普遍較高，一般都在28.4～39.7元/公斤，并且維修價格也相當不菲[1]，使機械的生產成本的不到有效的控制。因此，為了減低生產成本、保證經濟效益、加強生產廠家在機械生產制造市場中的競爭力，部分生產廠家生產過程中，將鋁基稀土材料代替銅合金有色金屬應用在實際的生產過程中，經過長期的生產實驗、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合材料，根據鋁基材料中填充物的不同能夠使其具備低密度、高強度、高韌性、耐磨及熱穩定性等眾多特點，在航空領域、現代電子儀器、體育器材、汽車機械等多個領域被廣泛應用。同時，鋁基稀土材料的硬度一般在110HB～140HB；抗拉強度370～410N/mm2，與銅合金等有色金屬硬度45HB～80HB；抗拉強度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，而價格分布在18.9～29.7元/kg，相比銅合金的延伸率5%～9%及價格28.4～39.7元/kg更低，價格一般只有銅合金的2/3，能夠極大程度降低機械生產廠家的生產成本、提高其市場占比，因此，鋁基稀土新材料在目前機械生產中所占地位越來越高，對于機械生產廠家控制成本及整個機械生產行業的發展來說，有著重要意義。

2 鋁基稀土新材料經濟效益分析

由于鋁基稀土新材料本身價格相對較低，同時在維修過程中也更加經濟實惠，因此在實際的生產中，會為機械生產廠家節約大量的生產成本。在此，筆者通過對某機械生產廠使用鋁基稀土材料及銅合金兩組不同金屬材料，對實際生產制造TjC50A氣動絞車及活塞式氣缸馬達所用成本進行比較。其中取鋁基稀土材料平均價格23.4元/kg；取銅合金材料平均價格33.1元/kg。

2.1 生產氣動絞車所用成本

以每一季度生產TjC50A氣動絞車90臺為例，鋁基稀土材料或銅合金材料主要應用于TjC50A氣動絞車的開關閥及配氣閥兩個結構中。其中使用銅合金作為原材料進行生產時，每個開關閥毛坯平均重量為2.963kg；配氣閥平均重量為9.891kg，每年所需生產成本為：

90×33.1×（2.963+9.891）=38292.01（元）

而在生產中使用鋁基稀土材料生產加工時，氣動絞車的開關閥毛坯重量只有1.513kg，每個配氣閥毛坯重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）

對比使用兩種不同材料所需成本的差異，每年在生產TjC50A氣動絞車中可節約成本：

38292.01—15853.97=22438.04（元）

2.2 生產活塞式氣缸馬達所用成本

以每個季度生產150臺活塞式氣缸馬達為例計算，其中在配氣閥及開關閥相關套件中會大量用到鋁基稀土材料或者銅合金材料，在實際生產過程中，平均每套配氣套件需要銅合金材料3.843kg，而平均每臺開關閥需3.676kg，以此計算：

150×33.1×（3.843+3.676）=37331.84（元）

而用鋁基稀土材料進行生產時，平均每套配氣閥套件需要鋁基稀土材料2.613kg，平均每臺開關閥套件需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行生產制造活塞式氣缸馬達過程中，每年可節約成本：

37331.84—16869.06=20462.78（元）

從以上兩種機械生產中可以看出，鋁基稀土材料相比銅合金材料有更高的經濟效益，能夠為生產廠商節約大量的生產成本，在生產成本減低的同時，也使得機械生產廠商字整個機械制造市場中的競爭能力更強，能夠有效的推動整個機械生產市場的快速發展。

3 機械性能分析

鋁基材料的性能與填充在鋁基合金中的填充物的特點有著密切的關系，稀土元素都非常活潑，易于其它物反射反應，并形成穩定的化合結構，一般的鋁基稀土材料具有以下幾種機械性能。

（1）加工性好。在對鋁基稀土材料進行加工過程中，鋁基稀土材料都表現出良好的“依從性”，從模具制作到實際機加工的整個過程中，都不需要特殊設備參與其加工制造，在制造工藝方面也沒有特殊的要求，僅由尋常的設備及工藝就能完成加工，這也間接提高了機械生產廠商經濟效益。同時，對機械設備日常維護工作及設備維修的操作流程也相當簡便，并且不會受到冬季低溫的影響，能夠隨時進行，維修成本也相對減低，經濟效益顯著。

（2）耐磨性強。在鋁基稀土材料中組成元素較多，成分復雜，其工作溫度能夠達到390℃以上，擁有極強的抗熱性能，能夠在重型機械設備工作產生的高溫中長期持續的進行工作，而不易被損壞，尤其是在某些機械中，由于日常護理不到位，使機械運行中的潤滑不足，會對機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，能夠顯著提高機械使用壽命，使機械在比較惡劣的環境中也能有效、正常的進行工作。

4 結語

在現代化的發展中，價格及品質是判定優秀產品的重要指標，在對機械產品的制造生產中也有著重要的意義。鋁基稀土材料的出現能為機械產品帶來更加優良的工作性能，同時在其生產制造中能夠顯著減低生產成本，提高經濟效益，對于機械生產廠商的生產發展都有著重要的意義，同時能夠促進機械生產制造的研究創新，對于我國機械制造產業的快速發展也有顯著的推動作用。

[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展[J].材料保護,2017,50(8):72-76.