[发明专利]粉末冶金法制造锡青铜-铁基合金双金属结构材料的方法

说明书

本发明涉及粉末冶金双金属复合工艺，具体地说是一种粉末冶金法制造锡青铜-铁基合金双金属结构材料的方法

目前，在制造双金属材料时，主要采用下述几种方法：

(1)在钢板上铺撒铜基粉末，然后进行烧结、轧制，再将制得的双金属板卷成圆形成半圆形；

(2)铸造复合工艺等。

上述方法都在一定程度上得到了实际应用，但也存在着一定的局限性和不足之处，例如第一种方法对钢板质量要求严格，全套工艺复杂，成本较高；第二种方法难以达到较高的精度和稳定的质量，也不便于制品的后序加工。另外，还有一种扩散焊接法，该工艺是把预制铜套压入钢体，然后在一定温度下加热，使铜基合金与钢体产生扩散而焊接在一起，但该工艺对材料利用率低，且工艺参数难以控制，加工成的产品性能不稳定，故其应用范围受到一定限制。

本发明目的就是克服上述工艺的缺点，提供一种制造在非工作面以铁基粉末代铜，并且机械性能较高，而在工作面又完全具备锡青铜性能零件的新工艺。

为达到上述目的，一种粉末冶金法制造锡青铜-铁基合金双金属结构材料的方法，其先将锡青铜粉末和铁基粉末分别装入模具，然后通过压制、烧结、整形，制出铁套和铜套，烧结时的保护气氛为氮气或氢气或分解氨，再将铁套和铜套复合，最后通过辅助机械加工制出所需零件，其特征在于铁基粉末成分(重量)为2-15％铜、1-6％铅、0.5-3％锡、0.1-3％碳、0.2-1.2％硫、余为铁粉，铁套在内、铜套在外时，锡青铜粉末采用合金粉，铜套在内、铁套在外时，锡青铜粉末采用合批粉，铁套和套套装在一起后，复合烧结温度为750-850℃。

本发明由于在铁粉末中加入适当的合金元素，因而可以在较低的温度下复合，双金属接合面产生原子扩散，结合比较牢固，并且制出的零件铁基部位强度高、性能好，具有较高的机械性能。

下面结合实施例对本发明做进一步的描述。

实施1：将(重量)2％铜、1％铅、0.5％锡、0.1％碳、0.2％硫，96.2％铁粉放入混粉机，同时加入适量机油和硬酯酸锌，混合0.5-2小时，然后将混合的铁基粉末装入模具，于500-80MP下压制成形，将压制好的铁件于1050-1250℃下烧结1-3小时，保护气氛为氢气，再经过整形制出所需铁套。将标号为Qsn-6-6-3的锡青铜粉末装入另一模具，于400-600MPa下压制成形，然后于750-850℃烧结1-3小时，保护气氛为氢气，再整形制出所需铜套，为了保证复合时界面压力的产生，铜套在内的情况下，锡青铜粉末采用合批粉，铜套在外的情况下，采用合金粉，复合烧结时，内铜外铁时，铜层膨胀，内铁外铜时，铜层收缩，从而使结合面强度增加。将铁套和铜套装配在一起于750℃下烧结2-3小时，保护气氛为氢气，然后通过辅助机械加工制出所需零件，加工出来的零件铁基材料部分强度可达254MPa，接合面强度可达80MPa。

实施例2：将(重量)15％铜、6％铅、3％锡、3％碳、1.2％硫，71.8％铁粉放入混粉机，同时加入适量机油和硬酯酸锌，混合0.5-2小时，然后将混合的铁基粉末装入模具，于500-800MPa下压制成形，将压制好的铁件于1050-1250℃下烧结1-3小时，保护气氛为氢气，再经过整形制出所需铁套。将标号为Qsn-6-6-3的锡青铜粉末装入另一模具，于400-600MPa下压制成形，然后于750-850℃烧结1-3小时，保护气氛为氢气，再整形制出所需铜套，为了保证复合时界面压力的产生，铜套在内的情况下，锡青铜粉末采用合批粉，铜套在外的情况下，采用合金粉，复合烧结时，内铜外铁时，铜层膨胀，内铁外铜时，铜层收缩，从而使结合面强度增加。将铁套和铜套装配在一起于850℃下烧结2-3小时，保护气氛为氢气，然后通过辅助机械加工制出所需零件，加工出来的零件铁基材料部分强度可达400MPa，接合面强度可达150MPa。

实施例3：将(重量)7％铜、3％铅、1％锡、1％碳、0.6％硫，87.4％铁粉放入混粉机，同时加入适量机油和硬酯酸锌，混合0.5-2小时，然后将混合的铁基粉末装入模具，于500-800MPa下压制成形，将压制好的铁件于1050-1250℃下烧结1-3小时，保护气氛为氢气，再经过整形制出所需铁套。将标号为Qsn-6-6-3的锡青铜粉末装入另一模具，于400-600MPa下压制成形，然后于750-800℃烧结1-3小时，保护气氛为氢气，再整形制出所需铜套，为了保证复合时界面压力的产生，铜套在内的情况下，锡青铜粉末采用合批粉，铜套在外的情况下，采用合金粉，复合烧结时，内铜外铁时，铜层膨胀，内铁外铜时，铜层收缩，从而使结合面强度增加。将铁套和铜套装配在一起于800℃下烧结2-3小时，保护气氛为氢气，然后通过辅助机械加工制出所需零件，加工出来的零件铁基材料部分强度可达400MPa，接合面强度可达150MPa。