铝基稀土新材料在机械产品中的应用研究

陈长科

（新疆众和股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830013）

铜合金拥有导电、导热、耐腐、耐磨等多种优秀特性，在机械生产中被广泛使用，但由于铜合金的价格普遍较高，一般都在28.4～39.7元/公斤，并且维修价格也相当不菲[1]，使机械的生产成本的不到有效的控制。因此，为了减低生产成本、保证经济效益、加强生产厂家在机械生产制造市场中的竞争力，部分生产厂家生产过程中，将铝基稀土材料代替铜合金有色金属应用在实际的生产过程中，经过长期的生产实验、售后跟踪观察，取得了良好效果。

1 铝基稀土材料概述

铝基稀土材料是指以铝或者是铝合金作为基体，在其中填充颗粒的钪（SC）、铥（Tm）、钇（Y）等稀土金属元素而形成的铝基稀土复合材料，根据铝基材料中填充物的不同能够使其具备低密度、高强度、高韧性、耐磨及热稳定性等众多特点，在航空领域、现代电子仪器、体育器材、汽车机械等多个领域被广泛应用。同时，铝基稀土材料的硬度一般在110HB～140HB；抗拉强度370～410N/mm2，与铜合金等有色金属硬度45HB～80HB；抗拉强度160～2100N/mm2相比明显更高；并且铝基稀土材料的延伸率主要集中在1%～4%之间，而价格分布在18.9～29.7元/kg，相比铜合金的延伸率5%～9%及价格28.4～39.7元/kg更低，价格一般只有铜合金的2/3，能够极大程度降低机械生产厂家的生产成本、提高其市场占比，因此，铝基稀土新材料在目前机械生产中所占地位越来越高，对于机械生产厂家控制成本及整个机械生产行业的发展来说，有着重要意义。

2 铝基稀土新材料经济效益分析

由于铝基稀土新材料本身价格相对较低，同时在维修过程中也更加经济实惠，因此在实际的生产中，会为机械生产厂家节约大量的生产成本。在此，笔者通过对某机械生产厂使用铝基稀土材料及铜合金两组不同金属材料，对实际生产制造TjC50A气动绞车及活塞式气缸马达所用成本进行比较。其中取铝基稀土材料平均价格23.4元/kg；取铜合金材料平均价格33.1元/kg。

2.1 生产气动绞车所用成本

以每一季度生产TjC50A气动绞车90台为例，铝基稀土材料或铜合金材料主要应用于TjC50A气动绞车的开关阀及配气阀两个结构中。其中使用铜合金作为原材料进行生产时，每个开关阀毛坯平均重量为2.963kg；配气阀平均重量为9.891kg，每年所需生产成本为：

90×33.1×（2.963+9.891）=38292.01（元）

而在生产中使用铝基稀土材料生产加工时，气动绞车的开关阀毛坯重量只有1.513kg，每个配气阀毛坯重6.015kg，因此每年所需铝基稀土材料的成本为：

90×23.4×（1.513+6.015）=15853.97（元）

对比使用两种不同材料所需成本的差异，每年在生产TjC50A气动绞车中可节约成本：

38292.01—15853.97=22438.04（元）

2.2 生产活塞式气缸马达所用成本

以每个季度生产150台活塞式气缸马达为例计算，其中在配气阀及开关阀相关套件中会大量用到铝基稀土材料或者铜合金材料，在实际生产过程中，平均每套配气套件需要铜合金材料3.843kg，而平均每台开关阀需3.676kg，以此计算：

150×33.1×（3.843+3.676）=37331.84（元）

而用铝基稀土材料进行生产时，平均每套配气阀套件需要铝基稀土材料2.613kg，平均每台开关阀套件需2.193kg，所需成本为：

150×23.4×（2.613+2.193）=16869.06（元）

在使用铜合金及铝基稀土两种不同材料进行生产制造活塞式气缸马达过程中，每年可节约成本：

37331.84—16869.06=20462.78（元）

从以上两种机械生产中可以看出，铝基稀土材料相比铜合金材料有更高的经济效益，能够为生产厂商节约大量的生产成本，在生产成本减低的同时，也使得机械生产厂商字整个机械制造市场中的竞争能力更强，能够有效的推动整个机械生产市场的快速发展。

3 机械性能分析

铝基材料的性能与填充在铝基合金中的填充物的特点有着密切的关系，稀土元素都非常活泼，易于其它物反射反应，并形成稳定的化合结构，一般的铝基稀土材料具有以下几种机械性能。

（1）加工性好。在对铝基稀土材料进行加工过程中，铝基稀土材料都表现出良好的“依从性”，从模具制作到实际机加工的整个过程中，都不需要特殊设备参与其加工制造，在制造工艺方面也没有特殊的要求，仅由寻常的设备及工艺就能完成加工，这也间接提高了机械生产厂商经济效益。同时，对机械设备日常维护工作及设备维修的操作流程也相当简便，并且不会受到冬季低温的影响，能够随时进行，维修成本也相对减低，经济效益显著。

（2）耐磨性强。在铝基稀土材料中组成元素较多，成分复杂，其工作温度能够达到390℃以上，拥有极强的抗热性能，能够在重型机械设备工作产生的高温中长期持续的进行工作，而不易被损坏，尤其是在某些机械中，由于日常护理不到位，使机械运行中的润滑不足，会对机械材料造成极大磨损，而铝基稀土材料的使用，相比铜合金的金属材料，能够显著提高机械使用寿命，使机械在比较恶劣的环境中也能有效、正常的进行工作。

4 结语

在现代化的发展中，价格及品质是判定优秀产品的重要指标，在对机械产品的制造生产中也有着重要的意义。铝基稀土材料的出现能为机械产品带来更加优良的工作性能，同时在其生产制造中能够显著减低生产成本，提高经济效益，对于机械生产厂商的生产发展都有着重要的意义，同时能够促进机械生产制造的研究创新，对于我国机械制造产业的快速发展也有显著的推动作用。

[1]范建文,梁秀兵,张志彬,等.铝基非晶合金防腐蚀耐磨损性能的研究进展[J].材料保护,2017,50(8):72-76.