一種硅青銅-鋼雙金屬復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是涉及一種娃青銅-鋼雙金屬復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于雙金屬復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]襯套的作用是為了減少軸、孔或者滑動軸承的磨損，通常使用耐磨材料，以延長本體的使用壽命。目前，用于發(fā)動機(jī)連桿襯套的材料為鉛青銅，其原因在于鉛青銅具有一定的承載能力，鉛作為軟相獨(dú)立存在，使其具有抗擦傷和耐磨損能力。但鉛元素有毒，鉛青銅加工過程中會產(chǎn)生對人體有害含鉛廢料，其次隨著發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后的磨損及腐蝕作用進(jìn)入機(jī)油和自然環(huán)境中對水造成污染；隨著人類社會對環(huán)境保護(hù)越來越重視，世界各國逐步禁止發(fā)動機(jī)連桿襯套材料使用含鉛的銅基合金。另外，金屬錫非常昂貴，鉛青銅中一般含錫達(dá)3-10%，因此，尋找價格低廉的新組元代替錫組元可顯著降低發(fā)動機(jī)連桿襯套材料的成本。
[0003]與鉛青銅相比，硅青銅具有更高強(qiáng)度、硬度和機(jī)械承載能力，具有更優(yōu)良的耐磨性能。且硅青銅中不含金屬鉛，符合環(huán)保要求；不含價格昂貴的金屬錫，生產(chǎn)成本較低。但目前未見由硅青銅與鋼形成的雙金屬復(fù)合材料及其應(yīng)用的相關(guān)報道。
[0004]另外，關(guān)于銅合金-鋼雙金屬復(fù)合材料的制備方法，目前有連續(xù)鑄造法和粉末冶金法兩種，連續(xù)鑄造法的主要工序如下:鋼帶預(yù)處理一鋼帶卷邊一澆鑄一切邊一銑面一軋制一剪邊一卷帶一成品；而粉末冶金法的主要工序如下:鋼帶預(yù)處理一制粉一鋪粉一燒結(jié)一軋制一剪邊一卷帶一成品。由此可見，與連續(xù)鑄造法相比，粉末冶金法少了鋼帶卷邊、澆鑄、切邊、銑面等工序，粉末冶金法相對于連續(xù)澆鑄法具有設(shè)備投資較少、成品率較高和生產(chǎn)成本較低等優(yōu)點，非常適合工業(yè)化生產(chǎn)要求。
[0005]然而，由于硅青銅粉表面覆蓋一層致密氧化膜，屬于難燒結(jié)粉，采用粉末冶金法生產(chǎn)硅青銅-鋼雙金屬復(fù)合材料具有一定困難，至今未見相關(guān)技術(shù)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題和需求，本發(fā)明的目的是提供一種硅青銅-鋼雙金屬復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。
[0007]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]一種硅青銅-鋼雙金屬復(fù)合材料，是由碳含量小于等于0.25?丨％的碳素鋼底層與娃青銅層復(fù)合而成；所述娃青銅的組成配方為:娃0.5?5.0wt%、镲0.5?5.0wt%、鋅
0.1?0.5wt%、錳0.1?0.5wt%，銅88.5?98.3wt%，其它雜質(zhì)含量總和不超過0.5wt%0
[0009]一種制備所述的硅青銅-鋼雙金屬復(fù)合材料的方法，為粉末冶金法，包括如下步驟:
[0010]a)將硅青銅粉均勻地鋪在經(jīng)預(yù)處理后的碳素鋼板的表面；
[0011]b)在還原性保護(hù)氣氛下、于900?950°C進(jìn)行初次燒結(jié)(簡稱初燒)，燒結(jié)時間為15?100分鐘；
[0012]c)將初燒后的材料在冷軋機(jī)上進(jìn)行初軋矯平；
[0013]d)在還原性保護(hù)氣氛下、于950?1000°C進(jìn)行再次燒結(jié)(簡稱復(fù)燒)，燒結(jié)時間為15?100分鐘；
[0014]e)將復(fù)燒后的材料在冷軋機(jī)上進(jìn)行精軋矯平。
[0015]作為優(yōu)選方案，所述的硅青銅粉的粒徑< 200 μπι。
[0016]作為優(yōu)選方案，所述硅青銅粉的制備采用高壓水霧法，包括:配料一熔煉一霧化一脫水干燥一篩分步驟。
[0017]作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，其中的熔煉溫度為1400?1600°C，霧化所用高壓水的壓力為 8 ?12MPa。
[0018]作為優(yōu)選方案，所述的還原性保護(hù)氣氛為氫氣、氨分解氣或氫氣與氮?dú)獾幕旌蜌夥铡?br>[0019]由于本發(fā)明所述的硅青銅-鋼雙金屬復(fù)合材料的硅青銅層的硬度高于現(xiàn)有的鉛青銅層，摩擦系數(shù)與鉛青銅層相近，因此，本發(fā)明所述的硅青銅-鋼雙金屬復(fù)合材料可用作連桿襯套材料。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的硅青銅-鋼雙金屬復(fù)合材料既不含重金屬鉛、符合環(huán)保的要求，又避免了價格昂貴的金屬錫、降低了生產(chǎn)成本，且還具有高強(qiáng)度、硬度和機(jī)械承載能力及優(yōu)良的耐磨性能，是一種理想的連桿襯套材料；另外，本發(fā)明所述材料的制備工藝簡單，原材料價廉易得，易于規(guī)?；a(chǎn)，具有顯著的工業(yè)應(yīng)用價值。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
[0022]實施例1
[0023]實驗?zāi)康?制備總厚度為2.5mm、寬度為120mm、硅青銅層厚度為0.5mm的硅青銅-鋼雙金屬復(fù)合板材。
[0024]制備步驟:
[0025]a)對碳素鋼板進(jìn)行預(yù)處理:選用碳含量小于等于0.25wt%的碳素鋼板(如SPCC牌)，將大張的鋼板剪切成設(shè)計的2.5mm X 126mm X 625mm，進(jìn)行除油除銹后，改軋至(2.0±0.01) mm X 106mm X 780mm，并校平，平面度< 0.5mm ;
[0026]b)制備硅青銅粉:采用高壓水霧法制備硅青銅粉(粒徑< 200 μπι)，工藝流程為:配料一熔煉一霧化一脫水干燥一篩分；其中:熔煉溫度為1500°C，霧化所用高壓水的壓力為1MPa ;娃青銅粉的組成配方為:娃0.5wt%、镲0.5wt%、鋅0.lwt%、猛0.lwt%，銅98.3wt%，其它雜質(zhì)含量總和為0.5wt% ；
[0027]c)按硅青銅層厚度為0.5mm的設(shè)計要求，將硅青銅粉均勻地鋪在經(jīng)預(yù)處理后的碳素鋼板的表面，鋪粉厚度約為0.85mm ；
[0028]d)在還原性保護(hù)氣氛(氨分解氣)下、于900°C進(jìn)行初次燒結(jié)(簡稱初燒)，燒結(jié)時間為20分鐘；
[0029]e)將初燒后的材料在冷軋機(jī)上進(jìn)行冷軋(初軋)，軋制至2.60mm的厚度，精度控制在 ±0.01mm ；
[0030]f)在還原性保護(hù)氣氛下、于950°C進(jìn)行再次燒結(jié)(簡稱復(fù)燒)，燒結(jié)時間為20分鐘；
[0031]g)將復(fù)燒后的材料在冷軋機(jī)上進(jìn)行軋制(精軋)，軋制后厚度為2.50±0.0lmm,即得到所要求的硅青銅-鋼雙金屬復(fù)合板材。
[0032]經(jīng)檢測:所制備的硅青銅層的維氏硬度為91.2，摩擦系數(shù)為0.23;而現(xiàn)有的CuSnlOPblO層的維氏硬度為73.9，摩擦系數(shù)為0.21 ;說明所制備的硅青銅-鋼雙金屬復(fù)合板材可用作連桿襯套材料。
[0033]實施例2
[0034]實驗?zāi)康?制備總厚度為2.5mm、寬度為120mm、硅青銅層厚度為0.5mm的硅青銅-鋼雙金屬復(fù)合板材。
[0035]制備步驟:
[0036]a)對碳素鋼板進(jìn)行預(yù)處理:選用碳含量小于等于0.25wt%的碳素鋼板(如SPCC牌)，將大張的鋼板剪切成設(shè)計的2.5mm X 126mm X 625mm，進(jìn)行除油除銹后，改軋至(2.0±0.01) mm X 106mm X 780