[發明專利]一種用于柱塞泵缸體的銅-鋼雙金屬復合材料的熔鑄方法

在審

• 申請號: 202210450908.7
• 申請日: 2022-04-24
• 公開（公告）號: CN114749637A
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 侯綠林;李其龍;何鴻斌;章宇翔
• 申請（專利權）人: 合肥波林新材料股份有限公司
• 主分類號: B22D19/16
• 分類號: B22D19/16;B22D27/04;B22D27/00
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 李安

本發明公開了一種用于柱塞泵缸體的銅?鋼雙金屬復合材料的熔鑄方法，包括以下步驟：S1、原料處理：對鋼基體和銅合金表面進行清潔處理；S2、添砂：在鋼基體的熔銅池中添加適量的硼砂，然后再將銅合金放置于硼砂上；S3、高溫熔鑄：將鋼基體和銅合金放入镕鑄爐中進行加熱；S4、冷卻，得到銅?鋼雙金屬復合材料。本發明采用單溫區熔鑄，材料體積受限小，且材料出爐冷卻，冷卻條件易于調控，在鋼基體熔銅池中添加適量松裝狀態的硼砂，不僅操作方便，還凈化了鋼基體的表面，同時起到了保溫、防氧化和助熔銅合金的作用，此外冷卻時形成溫度梯度，使銅合金能夠定向凝固，從而保證了銅合金層的熔鑄質量和良好的界面冶金結合。

技術領域

本專利申請涉及雙金屬復合材料技術領域，特別是涉及一種用于柱塞泵缸體的銅-鋼雙金屬復合材料的熔鑄方法。

背景技術

柱塞泵是液壓裝備的核心元件，缸體作為柱塞泵的關鍵摩擦副零件又是柱塞泵的核心，缸體的性能和質量直接影響柱塞泵的傳動效率和使用壽命。目前柱塞泵缸體使用最廣泛的材料是銅-鋼雙金屬復合材料，銅合金(尤其是鉛青銅)作為摩擦副的工作層具有良好的減摩耐磨及抗疲勞等特性，同時兼具軟硬相組織決定其具有良好的抗咬合性、嵌藏性和順應性等性能。而鋼材料作為柱塞泵缸體的基體材料則起到承載和抗沖擊作用，兩者復合形成的銅-鋼雙金屬復合材料兼具了兩種材料的優良性能。

目前國內用于柱塞泵缸體的銅-鋼雙金屬復合材料以澆鑄和多溫區燒結爐熔鑄為主。中國專利CN107537993A和CN106001443B公布了一種柱塞泵缸體的澆鑄方法，該方法是將熔煉好的鉛青銅合金液澆入到經加熱的鋼基體中，從而得到雙金屬缸體毛坯，工藝復雜，且銅合金的使用量較大，造成較多材料浪費。中國專利CN110434315A公布了一種多溫區熔鑄爐制備銅鋼雙金屬缸體的方法，該方法是將銅合金放置在鋼基體上，然后經過預熱、加熱和冷卻三個階段而得到柱塞泵缸體毛坯，該方法所使用的的設備占地面積較大，且難以生產規格較大的缸體，如盾構機用的柱塞泵缸體，能夠熔鑄的缸體規格尺寸受到了較大的限制。因此迫切需要尋找一種工藝簡單，質量好且能夠制備各種規格尺寸，尤其超大規格尺寸的缸體方法。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本專利申請的目的在于提供一種用于柱塞泵缸體的銅-鋼雙金屬復合材料的熔鑄方法，在高溫熔鑄前需要在鋼基體的熔銅池中添加適量的硼砂，硼砂在缸體制備過程中具有四方面的作用：一、硼砂在高溫環境中形成的熔體中含有酸性氧化物能夠凈化金屬表面，促進銅鋼的界面結合；二、硼砂的導熱率低，具有保溫的作用，可以使缸體冷卻過程中形成溫度梯度，從而使銅合金層具有定向凝固的條件；三、由于硼砂的熔點低于銅合金的熔點，在高溫下硼砂先熔化形成熔融態，熔融態的硼砂降低銅合金的表面張力促進了銅合金熔化形成溶液，使銅合金更好地鋪展在鋼基體的熔銅池中；四、硼砂在高溫下形成的熔體，其密度較高溫下的銅合金溶液低，硼砂熔體最終會浮于銅合金溶液上方，起到保護銅合金溶液不被氧化的作用。本發明采用單溫區進行銅合金的高溫熔鑄，材料的體積受熔鑄爐的影響較小，且熔鑄結束后將材料從熔鑄爐中取出進行冷卻，冷卻條件易調控，從而解決上述現有技術的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種用于柱塞泵缸體的銅-鋼雙金屬復合材料的熔鑄方法，包括以下步驟：

S1、原料處理：對鋼基體和銅合金進行清潔處理，先使用質量濃度為10％的氫氧化鈉溶液清洗，再用質量濃度10％的鹽酸溶液進行酸洗，去除金屬表面的污染物，確保材料表面清潔干凈；

S2、添砂：在鋼基體的熔銅池中添加適量的硼砂，然后再將銅合金放置于硼砂上，硼砂為松裝狀態的無水硼砂、五水硼砂或十水硼砂中的一種；

S3、高溫熔鑄：將鋼基體和銅合金放入镕鑄爐中，以純度≥99.99％的氮氣為保護氣氛，在爐溫達到900℃以上時，以3-5℃/min的速度進行升溫，將爐溫升至1050-1150℃時，保溫40-60min，其目的一方面是使含水的硼砂有足夠的時間進行脫水，另一方面是為了減小材料內部和材料表面的溫差；