[发明专利]一种钢包铜复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种钢包铜复合材料的制备方法。

背景技术

随着科技和高技术产业的飞速发展，对材料的性能提出了更高的要求。复合材料因其拥有单一材料无法达到的特殊性能及优良综合性能越来越受到青睐。铜具有优良的导电导热性能，但比较柔软，而钢材的导热性和导电性均比较差，但具有良好的强度，利用铜和钢制作的芯状复合材料在电子、机械、军工等工业领域具有广泛的市场需求。

钢包铜复合材料是以合金钢为外层铜基合金为内芯，它兼有铜的优异导电性、抗腐蚀性能和钢的高强度，在电缆、继电器、热管换热器等行业中可替代纯铜或碳钢。这样不仅可以减少铜资源的过渡消耗有利于降低成本，而且美观实用能满足工业应用的要求。

目前，金属复合材料的生产工艺大都采用固相结合法，即通过塑性变形使两种金属的结合面接近到原子间距离，形成大量的结合点，经过扩散热处理，最终形成牢固的结合界面。在固相结合法工艺中，一般需要坯料的预制成形、表面处理、预热等工序，而且所需设备也比较复杂。例如爆炸焊接，该工艺可以完成多种异质金属的复合，但是爆破场所选择困难、噪音大，爆炸复合的板型控制困难，不适于连续化生产，效率低并且还有环境污染问题，此外，还有浸涂法生产的产品界面结合强度高，产品长度不限，但工艺复杂，设备庞大，技术难度较大，生产效率较低。

为此，寻找一种性价比高、工艺相对简单的技术手段，来制备钢铜复合材料就很有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种钢包铜复合材料的制备方法，解决了现有技术所制备的该类材料，存在性能稳定性差、制作成本高的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种钢包铜复合材料的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1、根据所制复合材料的技术要求和规格，选择钢或不锈钢材料、铜或铜合金材料；

步骤2、将两种材料表面用砂纸或化学法清洗干净，再用无水乙醇清洗后用温度小于80℃的烘干机分别烘干，将两种材料贴紧成为一体的复合坯件，将该复合坯件装入石墨舟中放好，并在外层材料与石墨舟内壁之间充填刚玉砂，填埋捣实，在内层材料上面另外放置同型号的额外材料，相当于步骤1用料的10％-20％；

步骤3、将装好复合坯件的石墨舟放入通高纯氩气保护的热处理炉中加热，升温到1150℃～1200℃，使熔融的铜基合金液流与钢材充分接触，保温70～90min，氩气流量控制在10～15L/h，使铜和铁之间发生物化反应，形成固溶体或合金化合物，然后随炉冷却取出，得到钢包铜复合材料的坯料；

步骤4、将钢包铜复合材料的坯料于氮气气氛下加热到500℃～800℃温度，氮气流量控制在5～8L/h，保温1～3小时；

步骤5、裁割加工，将步骤4得到的钢包铜复合材料的坯料通过化学抛光并按所要求的具体尺寸机械加工，即成。

本发明的有益效果是，与现有的钢包铜复合材料的制备方法相比，本发明采用氩气气氛保护下的液固扩散反应来制备钢包铜的复合材料，可以形成一个界面结合强度高、结构稳定的过渡复合面；两相界面接触良好，具有明显冶金结合状态，这样不仅能够延长工件的使用寿命，增加作为结构件的安全可靠性，而且整个制备工艺过程简单，操作方便，成本低廉，配合相应的轧制、拉丝设备，可以生产铜钢复合圆、方、扁、管、线等材料。通过采用液固相铜钢金属直接复合，既可以减少生产工序，缩短生产工艺流程，又可以获得无氧化复合界面，避免因坯料表面氧化膜的存在而影响复合材料的界面稳定性，为钢包铜复合材料制备技术的研究与开发提供了新的思路，可望成为复合材料制备技术研究开发的重要方向。

附图说明

图1是本发明方法实施例中使用的实心棒状结构示意图；

图2是本发明方法实施例中使用的圆筒或异型筒状结构示意图；

图3是本发明方法实施例中使用的层板状结构示意图；

图4是本发明方法实施例中使用的装配结构示意图；

图5是本发明对45钢-T2铜材料复合后的显微示意图；

图6是本发明对304不锈钢-T2铜材料复合后的显微示意图；

图7是本发明对304不锈钢-QAl9铝青铜材料复合后的显微示意图；

图8是本发明对45钢-QAl9铝青铜材料复合后的显微示意图。

图中，1.石墨舟，2.刚玉沙，3.外层材料，4.内层材料，5.内芯。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。