[發明專利]一種高結合強度銅鋼雙金屬減摩耐磨復合材料的焊接方法

有效

• 申請號: 202110461336.8
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113118716B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 尹延國;張鈺暉;吳玉程;李蓉蓉
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00;B23K20/00;B23K20/22
• 代理公司: 合肥金安專利事務所(普通合伙企業) 34114
• 代理人: 金惠貞

本發明涉及一種高結合強度銅鋼雙金屬減摩耐磨復合材料的焊接方法，屬于雙金屬復合材料異種連接技術領域。操作步驟如下：（1）取面積大小相同的一塊鋼片和一塊銅合金片，分別進行表面噴砂與粗打磨處理；（2）將銅錫合金粉末壓制成的片狀生坯；（3）將片狀生坯放置在鋼片上，在網帶爐中燒結熔覆，獲得具有熔覆層的鋼片熔覆件；（4）將鋼片熔覆件的熔覆層表面和銅合金片對合，在真空燒結爐中進行擴散焊接，得到焊接件；（5）將焊接件低溫退火處理，水淬，得到銅鋼雙金屬復合材料，焊接界面處的剪切強度為240～280MPa。本發明的方法大大提高了熔覆層與鋼層的結合強度，并且由于熔覆層很薄，避免了普通熔焊中縮松縮孔、開裂等缺陷。

技術領域

本發明屬于雙金屬復合材料異種連接技術領域，特別涉及一種具有高結合強度的鉛青銅與中碳鋼的減摩耐磨雙金屬材料及其制備方法，適用于滑動軸承類的關鍵摩擦副所需的銅\鋼雙金屬復合材料的制備。

背景技術

銅\鋼雙金屬復合材料因其具有良好的減摩性與高承載能力等優勢在柱塞泵、航空發動機、滑動軸承等零部件中得到了廣泛應用。目前工業中制備該復合材料的工藝有熔鑄法、粉末冶金法和擴散焊法等，擴散焊法是指在一定的溫度與壓力下將焊接界面處的材料焊合的過程，由于擴散焊在節約成本，減少加工工序等要求上具有先天的優越性，因而得到了人們的廣泛研究。

在銅\鋼雙金屬復合材料的擴散焊工藝中，由于銅和鋼的熔點、導熱率、線膨脹系數等物理化學性能存在差異，焊接接頭質量與界面結合強度并不理想，難以滿足高壓重載工況的要求。工業中往往通過增加焊接壓力與提高焊接溫度獲得高質量的接頭，但這些處理增加了工業成本，同時對設備的性能提出了更高的要求，不利于企業的生產制造。此外，如果銅合金中加入低熔點的鉛潤滑相，在高溫焊接過程中鉛潤滑相會發生比重偏析的現象，從而在界面處產生大塊狀的鉛聚集物，最終影響材料的性能與應用。

發明內容

為了實現鉛青銅與中碳鋼之間較高的結合強度，同時具有良好的減摩潤滑性能，本發明提供一種高結合強度的銅鋼雙金屬復合材料的焊接方法。

一種高結合強度銅鋼雙金屬減摩耐磨復合材料的焊接方法操作步驟如下：

（1）取面積大小相同的一塊鋼片和一塊銅合金片，對鋼片的表面進行噴砂，乙醇清洗；對銅合金片表面進行粗打磨處理；

（2）取銅錫合金粉末（CuSn10），將銅錫合金粉末在液壓機中壓制成片狀生坯；

（3）將片狀生坯放置在鋼片上，在網帶爐中燒結熔覆，使生坯完全形成液相，且鋪展潤濕鋼片的整個表面，隨爐冷卻，獲得具有熔覆層的鋼片熔覆件，所述銅錫合金熔覆層的厚度為50-100μm；

（4）將鋼片熔覆件的熔覆層表面粗打磨，乙醇清洗；將鋼片熔覆件的熔覆層表面和銅合金片對合，在真空燒結爐中進行擴散焊接；隨爐冷卻，得到焊接件；銅鋼雙金屬減摩耐磨復合材料；

（5）將焊接件低溫退火處理，水淬，得到具有高結合強度的銅鋼雙金屬復合材料；所述銅鋼雙金屬復合材料的焊接界面處的剪切強度為240～280MPa。

進一步地具體技術方案如下：

步驟（1）中，所述銅合金片材料為鉛青銅合金（ZCuSn10Pb10）。

步驟（2）中，所述銅錫合金材料為CuSn10，生坯壓制的壓力為700～800MPa。

步驟（3）中，燒結條件：燒結溫度為1100～1150℃、帶速70mm/min、氮氣和氫氣混合（N₂+H₂）氣氛保護。

步驟（4）中，先將真空爐抽真空至1.0×10²Pa，通入氬氣，當爐內氣體純度達到90%，以10℃/min的升溫速率升溫至850～900℃，保溫1～2h，焊接過程中加載壓力為0.2～0.5MPa。