[发明专利]一种高结合强度铜钢双金属减摩耐磨复合材料的焊接方法

说明书

本发明涉及一种高结合强度铜钢双金属减摩耐磨复合材料的焊接方法，属于双金属复合材料异种连接技术领域。操作步骤如下：（1）取面积大小相同的一块钢片和一块铜合金片，分别进行表面喷砂与粗打磨处理；（2）将铜锡合金粉末压制成的片状生坯；（3）将片状生坯放置在钢片上，在网带炉中烧结熔覆，获得具有熔覆层的钢片熔覆件；（4）将钢片熔覆件的熔覆层表面和铜合金片对合，在真空烧结炉中进行扩散焊接，得到焊接件；（5）将焊接件低温退火处理，水淬，得到铜钢双金属复合材料，焊接界面处的剪切强度为240～280MPa。本发明的方法大大提高了熔覆层与钢层的结合强度，并且由于熔覆层很薄，避免了普通熔焊中缩松缩孔、开裂等缺陷。

技术领域

本发明属于双金属复合材料异种连接技术领域，特别涉及一种具有高结合强度的铅青铜与中碳钢的减摩耐磨双金属材料及其制备方法，适用于滑动轴承类的关键摩擦副所需的铜\钢双金属复合材料的制备。

背景技术

铜\钢双金属复合材料因其具有良好的减摩性与高承载能力等优势在柱塞泵、航空发动机、滑动轴承等零部件中得到了广泛应用。目前工业中制备该复合材料的工艺有熔铸法、粉末冶金法和扩散焊法等，扩散焊法是指在一定的温度与压力下将焊接界面处的材料焊合的过程，由于扩散焊在节约成本，减少加工工序等要求上具有先天的优越性，因而得到了人们的广泛研究。

在铜\钢双金属复合材料的扩散焊工艺中，由于铜和钢的熔点、导热率、线膨胀系数等物理化学性能存在差异，焊接接头质量与界面结合强度并不理想，难以满足高压重载工况的要求。工业中往往通过增加焊接压力与提高焊接温度获得高质量的接头，但这些处理增加了工业成本，同时对设备的性能提出了更高的要求，不利于企业的生产制造。此外，如果铜合金中加入低熔点的铅润滑相，在高温焊接过程中铅润滑相会发生比重偏析的现象，从而在界面处产生大块状的铅聚集物，最终影响材料的性能与应用。

发明内容

为了实现铅青铜与中碳钢之间较高的结合强度，同时具有良好的减摩润滑性能，本发明提供一种高结合强度的铜钢双金属复合材料的焊接方法。

一种高结合强度铜钢双金属减摩耐磨复合材料的焊接方法操作步骤如下：

（1）取面积大小相同的一块钢片和一块铜合金片，对钢片的表面进行喷砂，乙醇清洗；对铜合金片表面进行粗打磨处理；

（2）取铜锡合金粉末（CuSn10），将铜锡合金粉末在液压机中压制成片状生坯；

（3）将片状生坯放置在钢片上，在网带炉中烧结熔覆，使生坯完全形成液相，且铺展润湿钢片的整个表面，随炉冷却，获得具有熔覆层的钢片熔覆件，所述铜锡合金熔覆层的厚度为50-100μm；

（4）将钢片熔覆件的熔覆层表面粗打磨，乙醇清洗；将钢片熔覆件的熔覆层表面和铜合金片对合，在真空烧结炉中进行扩散焊接；随炉冷却，得到焊接件；铜钢双金属减摩耐磨复合材料；

（5）将焊接件低温退火处理，水淬，得到具有高结合强度的铜钢双金属复合材料；所述铜钢双金属复合材料的焊接界面处的剪切强度为240～280MPa。

进一步地具体技术方案如下：

步骤（1）中，所述铜合金片材料为铅青铜合金（ZCuSn10Pb10）。

步骤（2）中，所述铜锡合金材料为CuSn10，生坯压制的压力为700～800MPa。

步骤（3）中，烧结条件：烧结温度为1100～1150℃、带速70mm/min、氮气和氢气混合（N₂+H₂）气氛保护。

步骤（4）中，先将真空炉抽真空至1.0×10²Pa，通入氩气，当炉内气体纯度达到90%，以10℃/min的升温速率升温至850～900℃，保温1～2h，焊接过程中加载压力为0.2～0.5MPa。