一種鋁青銅-不銹鋼雙金屬復合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋁青銅-不銹鋼雙金屬復合材料的制備方法，首先將酸洗過的不銹鋼經過表面沉積處理，然后將表面沉積處理過的不銹鋼放置于剛玉坩堝中，再將鋁青銅置于不銹鋼之上，將剛玉坩堝放在真空燒結爐中進行熔浸處理，即得到鋁青銅-不銹鋼雙金屬復合材料。本發(fā)明鋁青銅-不銹鋼雙金屬復合材料的制備方法，利用鋁青銅與不銹鋼在熔點上的差別，保證高溫條件下鋁青銅熔化，不銹鋼保持固態(tài)，經過液固擴散，實現(xiàn)兩者冶金結合，形成的雙金屬復合材料除了具有鋁青銅和不銹鋼的各自優(yōu)越性能外，同時還具有較高的結合強度，其界面結合強度可達600Mpa以上。
【專利說明】一種鋁青銅-不銹鋼雙金屬復合材料的制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于復合材料制備【技術領域】，具體涉及一種鋁青銅-不銹鋼雙金屬復合材料的制備方法。

【背景技術】
[0002]鋁青銅是一種綜合性能良好的銅合金，尤其具有優(yōu)異耐磨、耐腐蝕性能，廣泛應用于制造各種高載荷耐磨零件，如齒輪、軸承、圓盤、導向搖臂襯套、飛輪、固定螺帽、接管嘴等。但是，在提高鋁青銅合金強度、硬度和耐磨性的同時，其延伸率、塑性及沖擊韌性將會卻比較低，因此，不能單獨作為工程結構件在高強度、高抗疲勞的環(huán)境下進行使用。
[0003]不銹鋼除了具有優(yōu)良的耐腐蝕能力外，還具有比較高的強度、良好的韌性和塑性等優(yōu)點，適用于機械工業(yè)、航空、航海等領域的高載荷零部件，若將鋁青銅與不銹鋼兩種異質材料通過特種材料成型的方法連接在一起，制備成一種綜合性能優(yōu)良的鋁青銅-不銹鋼雙金屬異質復合材料，將會協(xié)同發(fā)揮這兩種材料各自的性能優(yōu)點，實現(xiàn)結構-功能一體化，其作為高強度減摩、耐磨及耐腐蝕材料得到廣泛應用，在高壓強液壓系統(tǒng)和高耐磨軸襯方面也有廣泛的應用前景。
[0004]20世紀80年代以來，我國先后用粉末冶金方法、離心鑄造方法等制造復合減摩材料軸承、銅基合金-鋼背雙金屬軸套和鋁合金-鋼背雙金屬軸瓦，如今雙金屬材料應用領域已經十分廣闊，但雙金屬之間的界面結合強度低(小于300MPa)，所以雙金屬之間可靠的穩(wěn)定連接技術還在不斷摸索過程中。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種鋁青銅-不銹鋼雙金屬復合材料的制備方法，解決現(xiàn)有方法制備得到的雙金屬復合材料界面結合強度低的問題。
[0006]本發(fā)明所采用的技術方案是，一種鋁青銅-不銹鋼雙金屬復合材料的制備方法，首先將酸洗過的不銹鋼經過表面沉積處理，然后將表面沉積處理過的不銹鋼放置于剛玉坩堝中，再將鋁青銅置于不銹鋼之上，將剛玉坩堝放在真空燒結爐中進行熔浸處理，即得到鋁青銅-不銹鋼雙金屬復合材料。
[0007]本發(fā)明的特點還在于，
[0008]不銹鋼的酸洗過程為:將不銹鋼浸泡在10%硝酸酒精進行酸洗，酸洗I?3min，再用酒精清洗后保存在煤油中備用。
[0009]表面沉積處理的具體過程為:用酒精沖洗不銹鋼表面油潰，隨后放入物理氣相沉積爐中抽真空，當真空度達到6.67X KT2Pa后，對不銹鋼表面沉積CuNi材料10?30min。
[0010]熔浸處理的具體過程為:熔浸處理過程在ZRS-18Q型微機程控真空高溫燒結爐中完成，為了防止界面上出現(xiàn)氧化物，首先對ZRS-18Q型微機程控真空高溫燒結爐抽真空，當燒結爐內真空度達到3.0X KT3Pa?9.0X KT3Pa后開始加熱燒結40?80min，加熱溫度到1050?120(TC后保溫0.5?3h，待鋁青銅熔液完全將不銹鋼浸潤，并在不銹鋼表面充分地進行液固擴散后冷卻。
[0011]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明鋁青銅-不銹鋼雙金屬復合材料的制備方法，在不銹鋼表面物理沉積適當厚度的CuNi (10-30)材料，防止不銹鋼表面鈍化層的二次產生，還有利于其向鋁青銅和不銹鋼兩側擴散；利用鋁青銅與不銹鋼在熔點上的差別，保證高溫條件下鋁青銅熔化，不銹鋼保持固態(tài)，經過液固擴散，實現(xiàn)兩者冶金結合，形成的雙金屬復合材料除了具有鋁青銅和不銹鋼的各自優(yōu)越性能外，同時還具有較高的結合強度，其界面結合強度可達600Mpa以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是實施例2制備鋁青銅/不銹鋼雙金屬復合材料界面結合區(qū)組織。
[0013]圖中，I為不銹鋼lCrl8Ni9Ti組織，2結合界面組織，3為鋁青銅QA19-4組織。

【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0015]本發(fā)明鋁青銅-不銹鋼雙金屬復合材料的制備方法，首先將酸洗過的不銹鋼經過表面沉積處理，然后將表面沉積處理過的不銹鋼放置于剛玉坩堝中，再將鋁青銅置于不銹鋼之上，將剛玉坩堝剛在真空燒結爐中進行熔浸處理，即得到鋁青銅-不銹鋼雙金屬復合材料。
[0016]具體按照以下步驟實施:
[0017]步驟I，不銹鋼酸洗
[0018]根據(jù)所需尺寸加工不銹鋼原材料，加工完后將不銹鋼浸泡在10%硝酸酒精進行酸洗，酸洗I?3min，再用酒精清洗后保存在煤油中備用；
[0019]步驟2，不銹鋼表面沉積處理
[0020]將步驟I處理的不銹鋼用酒精沖洗表面油潰，隨后放入物理氣相沉積爐中抽真空，當真空度達到6.67X KT2Pa后，對不銹鋼表面沉積CuNi材料(CuNi (10-30)材料中與不銹鋼中Ni的比例接近1:1，有利于擴散連接)10?30min ；
[0021]步驟3，熔浸處理
[0022]將步驟2處理過的不銹鋼放置于剛玉坩堝中，再將鋁青銅置于不銹鋼之上，將剛玉坩堝放在ZRS-18Q型微機程控真空高溫燒結爐中進行熔浸處理，為了防止界面上出現(xiàn)氧化物，首先對ZRS-18Q型微機程控真空高溫燒結爐抽真空，當燒結爐內真空度達到3.0X1’a?9.0X 10_3Pa后開始加熱燒結40?80min，加熱溫度到1050?1200。。后保溫0.5?3h，待鋁青銅熔液完全將不銹鋼浸潤，并在不銹鋼表面充分地進行液固擴散后冷卻，即得。
[0023]CuNi (10-30)材料作為不銹鋼表面沉積材料，其中的Ni元素含量與不銹鋼中的Ni含量接近，在制備鋁青銅/不銹鋼雙金屬復合材料時，有利于向鋁青銅和不銹鋼兩側擴散，實現(xiàn)鋁青銅與不銹鋼之間冶金結合。
[0024]本發(fā)明鋁青銅-不銹鋼雙金屬復合材料的制備方法，結合界面均勻，不受界面形狀制約，同時還具有較高的結合強度，其界面結合強度可達600Mpa以上，其制備工藝簡單可靠，綠色環(huán)保。
[0025]實施例1
[0026]制備鋁青銅QA19-4/不銹鋼lCrl8Ni9Ti雙金屬復合材料，將不銹鋼lCrl8Ni9Ti機械加工尺寸為Φ30ι?πιΧ50πιπι圓柱體，同時，準備尺寸大小為C>30mmX60mm的招青銅QA19-4 材料；
[0027]將不銹鋼0Crl8Ni9Ti浸泡在10%硝酸酒精進行酸洗，酸洗lmin，再用酒精清洗后保存在煤油中備用；
[0028]將酸洗的不銹鋼lCrl8Ni9Ti用酒精沖洗表面油潰，隨后放入物理氣相沉積爐中抽真空，當真空度達到6.67 X KT2Pa后，對不銹鋼lCrl8Ni9Ti表面沉積CuNi 10材料15min ；
[0029]將表面沉積處理過的不銹鋼lCrl8Ni9Ti放置于剛玉坩堝中，再將鋁青銅QA19-4材料放在不銹鋼lCrl8Ni9Ti之上，將剛玉坩堝ZRS-18Q型微機程控真空高溫燒結爐內，對ZRS-18Q型微機程控真空高溫燒結爐抽真空，當燒結爐內真空度達到3.0X10_3Pa后開始加熱燒結40min，加熱溫度到1080°C，保溫0.5小時，待鋁青銅QA19-4熔液完全將不銹鋼lCrl8Ni9Ti浸潤，并在不銹鋼lCrl8Ni9Ti表面充分地進行液固擴散后冷卻，得到鋁青銅QA19-4/不銹鋼lCrl8Ni9Ti雙金屬復合材料，界面結合強度可達650MPa。
[0030]實施例2
[0031]制備鋁青銅QAl 10-3-1.5/不銹鋼0Crl7Nil4Mo2雙金屬復合材料，將不銹鋼0Crl7Nil4Mo2機械加工尺寸為C>30mmX50mm圓柱體，同時,準備尺寸大小為C>30mmX60mm的鋁青銅QAl 10-3-1.5材料；
[0032]將不銹鋼0Crl7Nil4Mo2浸泡在10%硝酸酒精進行酸洗，酸洗2min，再用酒精清洗后保存在煤油中備用；
[0033]將酸洗的不銹鋼0Crl7Nil4Mo2用酒精沖洗表面油潰，隨后放入物理氣相沉積爐中抽真空，當真空度達到6.67X KT2Pa后，對不銹鋼0Crl7Nil4Mo2表面沉積CuNil5材料20min ；
[0034]將表面沉積處理過的不銹鋼OCr 17Ni 14Mo2放置于剛玉坩堝中，再將鋁青銅QAl 10-3-1.5材料放在不銹鋼0Crl7Nil4Mo2之上，將剛玉坩堝ZRS-18Q型微機程控真空高溫燒結爐內，對ZRS-18Q型微機程控真空高溫燒結爐抽真空，當燒結爐內真空度達到9.0X KT3Pa后開始加熱燒結40min，加熱溫度到1120°C，保溫1.5h，待鋁青銅QAl 10-3-1.5熔液完全將不銹鋼0Crl7Nil4Mo2浸潤，并在不銹鋼0Crl7Nil4Mo2表面充分地進行液固擴散后冷卻，得到鋁青銅QA110-3-1.5/不銹鋼0Crl7Nil4Mo2雙金屬復合材料，鋁青銅QAl 10-3-1.5與不銹鋼0Crl7Nil4Mo2的界面結合強度可達680MPa。
[0035]實施例3
[0036]制備鋁青銅QAl 10-4-4/不銹鋼0Cr25Ni20雙金屬復合材料，將不銹鋼0Cr25Ni20機械加工尺寸為Φ30ι?πιΧ50πιπι圓柱體，同時，準備尺寸大小為C>30mmX60mm的招青銅QAl 10-4-4 材料；
[0037]將不銹鋼0Cr25Ni20浸泡在10 %硝酸酒精進行酸洗，酸洗3min，再用酒精清洗后保存在煤油中備用；
[0038]將酸洗的不銹鋼0Cr25Ni20用酒精沖洗表面油潰，隨后放入物理氣相沉積爐中抽真空，當真空度達到6.67 X KT2Pa后，對不銹鋼0Cr25Ni20表面沉積CuNi20材料25min ；
[0039]將表面沉積處理過的不銹鋼0Cr25Ni20放置于剛玉坩堝中，再將鋁青銅QAl 10-4-4材料放在不銹鋼0Cr25Ni20之上，將剛玉坩堝ZRS-18Q型微機程控真空高溫燒結爐內，對ZRS-18Q型微機程控真空高溫燒結爐抽真空，當燒結爐內真空度達到6.0X 10_3Pa后開始加熱燒結80min，加熱溫度到1180°C，保溫lh，待鋁青銅QA110-4-4熔液完全將不銹鋼0Cr25Ni20浸潤，并在不銹鋼0Cr25Ni20表面充分地進行液固擴散后冷卻，得到鋁青銅QAl 10-4-4/不銹鋼0Cr25Ni20雙金屬復合材料，其界面結合強度可達720MPa。。
[0040]圖1為實施例1制備的鋁青銅QA19-4/不銹鋼lCrl8Ni9Ti雙金屬復合材料的界面過渡區(qū)組織，圖1中I為不銹鋼lCrl8Ni9Ti組織、2結合界面組織、3為鋁青銅QA19-4組織，結合界面組織分別與不銹鋼和鋁青銅進行了冶金結合，因此，得到了較高的界面結合強度。
[0041]實施例4
[0042]制備鋁青銅QA19-4/不銹鋼lCrl8Ni9Ti雙金屬復合材料，將不銹鋼lCrl8Ni9Ti機械加工尺寸為Φ30ι?πιΧ50πιπι圓柱體，同時，準備尺寸大小為C>30mmX60mm的招青銅QA19-4 材料；
[0043]將不銹鋼0Crl8Ni9Ti浸泡在10%硝酸酒精進行酸洗，酸洗3min，再用酒精清洗后保存在煤油中備用；
[0044]將酸洗的不銹鋼lCrl8Ni9Ti用酒精沖洗表面油潰，隨后放入物理氣相沉積爐中抽真空，當真空度達到6.67 X KT2Pa后，對不銹鋼lCrl8Ni9Ti表面沉積CuNi 10材料1min ；
[0045]將表面沉積處理過的不銹鋼lCrl8Ni9Ti放置于剛玉坩堝中，再將鋁青銅QA19-4材料放在不銹鋼lCrl8Ni9Ti之上，將剛玉坩堝ZRS-18Q型微機程控真空高溫燒結爐內，對ZRS-18Q型微機程控真空高溫燒結爐抽真空，當燒結爐內真空度達到5.0X 10_3Pa后開始加熱燒結50min，加熱溫度到1200°C，保溫2小時，待鋁青銅QA19-4熔液完全將不銹鋼lCrl8Ni9Ti浸潤，并在不銹鋼lCrl8Ni9Ti表面充分地進行液固擴散后冷卻，得到鋁青銅QA19-4/不銹鋼lCrl8Ni9Ti雙金屬復合材料，結合強度可達700MPa。
[0046]實施例5
[0047]制備鋁青銅QAl 10-3-1.5/不銹鋼0Crl7Nil4Mo2雙金屬復合材料，將不銹鋼0Crl7Nil4Mo2機械加工尺寸為C>30mmX50mm圓柱體，同時,準備尺寸大小為C>30mmX60mm的鋁青銅QAl 10-3-1.5材料；
[0048]將不銹鋼0Crl7Nil4Mo2浸泡在10%硝酸酒精進行酸洗，酸洗2min，再用酒精清洗后保存在煤油中備用；
[0049]將酸洗的不銹鋼0Crl7Nil4Mo2用酒精沖洗表面油潰，隨后放入物理氣相沉積爐中抽真空，當真空度達到6.67X KT2Pa后，對不銹鋼0Crl7Nil4Mo2表面沉積CuNil5材料30min ；
[0050]將表面沉積處理過的不銹鋼OCr 17Ni 14Mo2放置于剛玉坩堝中，再將鋁青銅QAl 10-3-1.5材料放在不銹鋼0Crl7Nil4Mo2之上，將剛玉坩堝ZRS-18Q型微機程控真空高溫燒結爐內，對ZRS-18Q型微機程控真空高溫燒結爐抽真空，當燒結爐內真空度達到8.0X 10_3Pa后開始加熱燒結60min，加熱溫度到1050°C，保溫3h，待鋁青銅QAl 10-3-1.5熔液完全將不銹鋼0Crl7Nil4Mo2浸潤，并在不銹鋼0Crl7Nil4Mo2表面充分地進行液固擴散后冷卻，得到鋁青銅QAl 10-3-1.5/不銹鋼0Crl7Nil4Mo2雙金屬復合材料。
【權利要求】
1.一種鋁青銅-不銹鋼雙金屬復合材料的制備方法，其特征在于，首先將酸洗過的不銹鋼經過表面沉積處理，然后將表面沉積處理過的不銹鋼放置于剛玉坩堝中，再將鋁青銅置于不銹鋼之上，將剛玉坩堝放在真空燒結爐中進行熔浸處理，即得到鋁青銅-不銹鋼雙金屬復合材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的鋁青銅-不銹鋼雙金屬復合材料的制備方法，其特征在于，不銹鋼的酸洗過程為:將不銹鋼浸泡在10%硝酸酒精進行酸洗，酸洗1?3min，再用酒精清洗后保存在煤油中備用。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的鋁青銅-不銹鋼雙金屬復合材料的制備方法，其特征在于，表面沉積處理的具體過程為:用酒精沖洗不銹鋼表面油潰，隨后放入物理氣相沉積爐中抽真空，當真空度達到6.67X 10_2Pa后，對不銹鋼表面沉積CuNi材料10?30min。
4.根據(jù)權利要求1所述的鋁青銅-不銹鋼雙金屬復合材料的制備方法，其特征在于，熔浸處理的具體過程為:熔浸處理過程在ZRS-18Q型微機程控真空高溫燒結爐中完成，為了防止界面上出現(xiàn)氧化物，首先對ZRS-18Q型微機程控真空高溫燒結爐抽真空，當燒結爐內真空度達到3.0X 10_3Pa?9.0X 10_3Pa后開始加熱燒結40?80min，加熱溫度到1050?1200°C后保溫0.5?3h，待鋁青銅熔液完全將不銹鋼浸潤，并在不銹鋼表面充分地進行液固擴散后冷卻。
【文檔編號】B22D23/04GK104259439SQ201410472280
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權日:2014年9月16日
【發(fā)明者】鄒軍濤, 梁淑華, 楊曉紅, 王獻輝, 肖鵬, 楊鑫 申請人:西安理工大學