CN103658639B - 铜钢双金属粉末烧结中的铜粉表面活性激活工艺 - Google Patents
铜钢双金属粉末烧结中的铜粉表面活性激活工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种铜钢双金属粉末烧结中的铜粉表面活性激活工艺，包括以下步骤：在炉中放入铜钢双金属粉末烧结试样，在无保护气条件下以6℃／min的速率从室温加热到260～300℃；在炉中开始通入氮气，流速为200L／h，保温20～30分钟；保温结束后，升温至420～450℃，加热速率为4℃／min；继续加热并通入氢气，流速为80L／h，30分钟后，氮气流速减至140L／h，同时，加热到800～850℃，加热速率4℃／min；保温20～30分钟后，在保护气氛下炉冷到室温。本发明可以更好地激活铜粉的表面活性，降低其反应的活化能，利于后续升温阶段更好的与钢背结合，增强了铜合金与钢背的结合强度的特点。
Description
技术领域
本发明涉及粉末烧结的工艺，尤其涉及一种铜钢双金属粉末烧结中的铜粉表面活性激活工艺，属于粉末冶金烧结技术领域。
背景技术
材料磨损问题在国民经济发展中占有举足轻重的地位，运用摩擦学知识，研制出新型耐磨材料并采取必要的技术和措施，尽可能减少材料的磨损损失有十分重大的意义。采用先进的粉末冶金工艺制作可在宽温度范围内使用的高强度、低摩擦、耐磨损的铜合金功能材料被广泛应用于汽车尤其是工程机械的柱塞泵中，而在钢上结合具有耐磨性的铜合金层，能同时解决强度和耐磨性问题，并节约大量宝贵的铜资源，对企业提高效益和产品质量具有深远意义。
烧结双金属材料的基本生产工艺流程为初烧-初压-复烧-复压(精压)-校平。传统的粉末冶金的初烧工艺为避免铜粉氧化、减少保护气氛用量通常采用为空炉加热到300℃，到温后通入保护气氛放入试样进行烧结，典型工艺为：
1)空炉加热到300℃左右。
2)以约300L／h流速通氮气一小时，放入试样。
3)通氢气，流速约80L／h，氮气流速降为约140L／h。
4)加热至800℃～850℃保温约10分钟。
5)冷却至常温。
6)样品取出后再进行复压复烧工艺。
采用上述传统的双金属烧结工艺得到的铜合金与钢背的结合强度较弱，一般45MPa，而钢背与减摩合金层间的结合情况的好坏是双金属很重要的一个材料的质量特性。钢背和减摩减摩合金层之间只有获得足够的结合牢度，才能使得到的双金属材料既能有高的承载能力，也有优异的表面性能和摩擦学使用性能。所以本发明对铜钢双金属粉末的烧结工艺进行了改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供了一种可以增强铜合金与钢背结合强度的铜钢双金属粉末烧结中的铜粉表面活性激活工艺，解决了传统的双金属烧结工艺制得的铜合金与钢背的结合强度较弱的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种铜钢双金属粉末烧结中的铜粉表面活性激活工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在炉中放入铜钢双金属粉末烧结试样，在无保护气条件下以6℃／min的速率从室温加热到260～300℃；
步骤2：在炉中开始通入氮气，流速为200L／h，保温20～30分钟；
步骤3：保温结束后，升温至420～450℃，加热速率为4℃／min；
步骤4：继续加热并通入氢气，流速为80L／h，30分钟后，氮气流速减至140L／h，同时，加热到800～850℃，加热速率4℃／min；
步骤5：保温20～30分钟后，在保护气氛下炉冷到室温。
优选地，所述步骤5中的保护气氛为氢氮混合气氛。
本发明改变了待温度升高到300℃才放入试样的模式，而是将试样在无保护气氛下随炉升温到260℃～300℃，可以让铜粉与钢背接触面在随炉加入中被氧化，这种随炉加热模式可以更好地激活铜粉的表面活性，从而降低其反应的活化能，利于后续升温阶段更好的与钢背结合。本发明通过这种加热模式增强了铜合金与钢背的结合强度。
附图说明
图1为工装对采用本发明制的成品进行测试的示意图；
图2为图1的局部放大图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本发明的实施过程是：
烧结前准备：
原料及配比：Cu约80％，Sn约10％，Pb约10％(重量百分率)。
混粉参数：先将Cu粉与Sn粉混合约一小时后再将Pb粉加入混料约一小时。
在烧舟上排列放置刚玉圈，将氰化镀铜后钢背放入刚玉圈内，松装铺粉至盖满钢背，墩实压平，初烧不是为获得致密组织，而是获得较高结合力。
一种铜钢双金属粉末烧结中的铜粉表面活性激活工艺，其包括以下步骤：
步骤1：在炉中放入铜钢双金属粉末烧结试样，在无保护气条件下以6℃／min的速率从室温加热到260～300℃；
步骤2：在炉中开始通入氮气，流速为200L／h，保温20～30分钟；
步骤3：保温结束后，升温至420～450℃，加热速率为4℃／min；
步骤4：继续加热并通入氢气，流速为80L／h，30分钟后，氮气流速减至140L／h，同时，加热到800～850℃，加热速率4℃／min；
步骤5：保温20～30分钟后，在保护气氛下炉冷到室温。
优选地，所述步骤5中的保护气氛为氢氮混合气氛。
样品取出后在进行复压复烧工艺，采用复烧复压工艺，初烧与复烧工艺相同。
复压复烧工艺流程：混粉→铺粉(无压)→初烧(温度800℃～850℃，时间约4h)→初压(约300KN)→复烧(温度800℃～850℃，时间约4h)→复压(约400KN)。通过上述流程最终制得成品。
实施例1
1.烧结前准备
1.1原料及配比：
铜80wt％，锡10wt％，铅10wt％。
1.2混粉参数：
先将铜粉与锡粉混合一小时后，再将铅粉加入混合一小时。
1.3在烧舟上排列放置刚玉圈，将氰化镀铜后钢背放入刚玉圈内，松装铺粉至盖满钢背，墩实压平。此处，初烧不是为获得致密组织，而是获得较高结合力。
2激活产品的铜粉表面活性
2.1在炉中放入铜钢双金属粉末烧结试样，在无保护气条件下以6℃／min的速率从室温加热到260℃；
2.2在炉中开始通入氮气，流速为200L／h，保温20分钟；
2.3保温结束后，升温至420℃，加热速率为4℃／min；
2.4继续加热并通入氢气，流速为80L／h，30分钟后，氮气流速减至140L／h，同时，加热到800℃，加热速率4℃／min；
2.5保温20分钟后，在保护气氛下炉冷到室温。
2.6样品取出后在进行复压复烧工艺，采用复烧复压工艺，复烧工艺与初烧工艺相同。
复压复烧工艺流程：混粉→铺粉(无压)→初烧(温度800℃，时长4h)→初压(300kN)→复烧(温度800℃，时长4h)→复压(400kN)。通过上述流程最终制得成品。
3.综合强度测试
采用(测试标准号?若无须提供具体步骤及设备图)对上述成品进行测试，测得其综合强度为110MPa。
实施例2
1.烧结前准备
同实施例1中步骤1。
2激活产品的铜粉表面活性
2.1在炉中放入铜钢双金属粉末烧结试样，在无保护气条件下以6℃／min的速率从室温加热到300℃；
2.2在炉中开始通入氮气，流速为200L／h，保温30分钟；
2.3保温结束后，升温至450℃，加热速率为4℃／min；
2.4继续加热并通入氢气，流速为80L／h，30分钟后，氮气流速减至140L／h，同时，加热到850℃，加热速率4℃／min；
2.5保温30分钟后，在保护气氛下炉冷到室温。
2.6样品取出后在进行复压复烧工艺，采用复烧复压工艺，复烧工艺与初烧工艺相同。
复压复烧工艺流程：混粉→铺粉(无压)→初烧(温度850℃，时长4h)→初压(300kN)→复烧(温度850℃，时长4h)→复压(400kN)。通过上述流程最终制得成品。
3.综合强度测试
采用图1所示工装对上述成品进行测试，在冲头4的四方孔6内两端各放一块试验样块8，冲头4的重力固定两边的试验样块8，(试验样块8由试验样块基体9和试验样块铜层10组成)，试验样块基体9不能高出于冲头4的平面(如图2的I放大)，试验样块铜层10可销放于四方孔6的内部，距离不超过0.2mm。如图2所示，两边的试验样块8尽量处于对称状态。然后把冲头1放在冲模5的孔7内，并将其整体安放在拉伸试验机上做结合层的强度试验，通过拉伸试验机的压缩，可得到最大力值F，按如下公式可计算出其各块试验样块的烧结层的结合强度：
P=F／2LD
注：P为结合强度(Mpa)；
F为剥离最大力值(KN)；
L为铜层厚度(mm)；
D为铜层宽度(mm)。
通过计算出的P值即为烧结复合材料结合强度，测得其综合强度为121MPa。
综上可知，实施例1-2制得的产品的综合强度为110MPa／121MPa，与现有产品的综合强度45MPa相比，其结合力大幅提高了150％左右。
Claims (2)
1.一种铜钢双金属粉末烧结中的铜粉表面活性激活工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在炉中放入铜钢双金属粉末烧结试样，在无保护气条件下以6℃／min的速率从室温加热到260～300℃；
步骤2：在炉中开始通入氮气，流速为200L／h，保温20～30分钟；
步骤3：保温结束后，升温至420～450℃，加热速率为4℃／min；
步骤4：继续加热并通入氢气，流速为80L／h，30分钟后，氮气流速减至140L／h，同时，加热到800～850℃，加热速率4℃／min；
步骤5：保温20～30分钟后，在保护气氛下炉冷到室温。
2.如权利要求1所述的铜钢双金属粉末烧结中的铜粉表面活性激活工艺，其特征在于，所述步骤5中的保护气氛为氢氮混合气氛。
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