CN105108296A - 一种由高锡铝合金板和钢板制备双金属轴瓦基材的方法 - Google Patents

一种由高锡铝合金板和钢板制备双金属轴瓦基材的方法 Download PDF

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Abstract

一种由高锡铝合金板和钢板制备双金属轴瓦基材的方法，将5～15mm厚的钢板水平放置在平整的砂质地基上，根据钢板的面积在钢板上按100mm的间隔均匀摆放数个铜支撑，数个铜支撑的支撑高度S控制在1～4mm，然后将3～6mm厚的包铝高锡铝合金板架设在数个铜支撑上，最后在包铝高锡铝合金板的上表面均匀铺设单位面积装药量R的炸药层，R控制在1.3～1.5g/cm2，炸药是膨化硝铵和碳化硅粉末的混合物，在炸药层的任一处埋设8#工业雷管，以1500～20000m/s的爆速使包铝高锡铝合金板向下加速运动并高速碰撞钢板，即可制备出由包铝高锡铝合金板和钢板为双金属材料的轴瓦基材，界面粘结强度平均提高30～60Mpa。

Description

一种由高锡铝合金板和钢板制备双金属轴瓦基材的方法
技术领域
本发明属于材料制作技术领域，尤其是一种由高锡铝合金板和钢板制备双金属轴瓦基材的方法。
背景技术
随着船用柴油发动机日益向高速和高增压强化方向的发展，具有较高疲劳强度、良好相容性和嵌入性的高锡铝合金-钢双金属轴瓦基材逐步取代巴氏合金、铜铅合金等轴瓦材料并得到越来越广泛的应用。
为了实现高锡铝合金和钢的制备，传统方法主要采用轧制复合法，轧制复合法存在以下三个不足：
其一轧制复合法需对待结合面的表面进行机械抛光处理，为了追求更大的接触面积，钢的表面处理要保证一定的粗糙程度，而粗糙程度并不能完全避免铁质和砂质微粒的残留，加之机械抛光后需暴露在空气中并再次发生氧化，使得金属表面的净化程度不能达到理想状态；
其二轧制复合法的结合面形貌近似平直，双金属的接触面积相对不大；
其三受轧机能力的限制，双金属层受压相互接近的致密程度有限，很难达到获得高水平金属键结合所需的理想的原子力作用距离。
受以上三个问题的制约，轧制复合法的结合强度偏低，粘结强度一般为20～90Mpa左右，不能满足发动机轴瓦基材的需求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种由高锡铝合金板和钢板制备双金属轴瓦基材的方法，该方法可以解决轧制复合法存在的三个问题，该方法中通过爆炸焊接中的射流自清理作用使其结合表面获得充分的净化，波状形貌的结合界面也使其接触面积显著增大，在爆炸焊接条件下高锡铝合金板和钢板结合处能产生可达20Mba的碰撞压力，使得两层金属原子间接触的紧密程度明显提高。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种由高锡铝合金板和钢板制备双金属轴瓦基材的方法，高锡铝合金板的面积等于钢板的面积，本发明的特征如下：
先将高锡铝合金板通过轧制方式两面包覆有0.3mm厚的纯铝层，将两面包覆纯铝层的高锡铝合金板称之为包铝高锡铝合金板；
将5～15mm厚的钢板水平放置在平整的砂质地基上，根据钢板的面积在钢板上按100mm的间隔均匀摆放数个铜支撑，数个铜支撑的支撑高度S控制在1～4mm，然后将3～6mm厚的包铝高锡铝合金板架设在数个铜支撑上，检查包铝高锡铝合金板是否和钢板的四周对齐，最后在包铝高锡铝合金板的上表面均匀铺设单位面积装药量R的炸药层，R控制在1.3～1.5g/cm2，炸药是膨化硝铵和碳化硅粉末的混合物，在炸药层的任一处埋设8#工业雷管，以1500～20000m/s的爆速使包铝高锡铝合金板向下加速运动并高速碰撞钢板，即可制备出由包铝高锡铝合金板和钢板为双金属材料的轴瓦基材。
炸药中的碳化硅粉末需经100目网过筛，炸药按重量百分比的配制比例是：膨化硝铵：碳化硅粉末=｛30～50｝：｛50～70｝，要求配制后炸药的密度控制在0.7～1.0g/cm3。
由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下有益效果：
1、轧制复合法在双金属轧制后需要通过后续热处理的原子间扩散及渗透作用来强化结合强度，而本发明采用爆炸焊接法则无需热处理，加之采用超低的爆速，有效抑制了包铝高锡铝合金板中铝-锡共晶体的析出。
2、本发明采用不高于2000m/s的低爆速炸药并结合4mm以下的双金属低间距S，有效控制了包铝高锡铝合金板与钢板在爆炸焊接时铝-锡共晶体沿钢板表面的析出，有利于获得良好的双金属结合质量。
3、本发明与轧制复合法相比，制备的包铝高锡铝合金-钢双金属轴瓦基材其界面粘结强度平均可提高30～60Mpa，使得在高速和高增压强化工作条件下船用柴油发动机的使用寿命和安全性得到明显提高。
附图说明
图1是本发明在爆炸焊接时的简易布置图。
图1中：1-砂质地基；2-钢板；3-铜支撑；4-包铝高锡铝合金板；5-炸药；6-雷管；R-单位面积装药量；S-支撑高度。
具体实施方式
本发明是一种由高锡铝合金板和钢板制备双金属轴瓦基材的方法，本发明通过爆炸焊接方式制备出双金属轴瓦基材。
结合图1，高锡铝合金板即AlSn40合金板，先将AlSn40合金板通过轧制方式两面包覆有0.3mm厚的纯铝层，将两面包覆纯铝层的AlSn40合金板称之为包铝AlSn40合金板，包铝AlSn40合金板的厚度控制在3～6mm。钢板的代表物是Q235B钢板，Q235B钢板的厚度控制在5～15mm。
本发明的方法除了所述技术方案所示之外，最显著的几个特点如下：
1、钢板与包铝高锡铝合金板的爆炸间距也就是铜支撑的支撑高度S控制在1～4mm，支撑高度S也是爆炸间隙，这么低的爆炸间隙在本领域是罕见的，对界面粘结强度的提高非常有利。
2、炸药中含有大量的碳化硅粉末，碳化硅粉末是碳化硅矿石经粉碎后再经100目网过筛而制备出的，炸药按重量百分比的配制比例是：膨化硝铵：碳化硅粉末=｛30～50｝：｛50～70｝，要求配制后炸药的密度控制在0.7～1.0g/cm3。
3、爆速1500～20000m/s是一种超低爆速，采用超低爆速可以效控制包铝高锡铝合金中铝-锡共晶体沿钢表面的析出，提高双金属轴瓦在船用柴油发动机等高速和高增压强化工作条件下的使用寿命。最佳的爆速控制在1600～19000m/s。
4、炸药的单位面积装药量R是比较节省的，R只控制在1.3～1.5g/cm2。
综上，在上述特点的配合下并在保证R以及S参数的前提下，引爆8#工业雷管，炸药产生的能量使包铝高锡铝合金板向下加速运动并以一定的碰撞角与钢板高速碰撞，形成牢固结合的双金属轴瓦基材，然后通过弯曲成形可以制造出高锡铝合金-钢的双金属轴瓦。
传统轧制复合工艺制造的高锡铝合金-钢双金属轴瓦材料的界面粘结强度一般在20~90Mpa，而采用本发明制备的双金属轴瓦基材的界面粘结强度值平均可提高30～60Mpa，明显改善了高锡铝合金-钢双金属轴瓦基材的界面结合性能，从而提高了在船用柴油发动机等高速和高增压强化工作条件下轴瓦的使用寿命。

Claims (2)

1.一种由高锡铝合金板和钢板制备双金属轴瓦基材的方法，高锡铝合金板的面积等于钢板的面积，其特征是：
先将高锡铝合金板通过轧制方式两面包覆有0.3mm厚的纯铝层，将两面包覆纯铝层的高锡铝合金板称之为包铝高锡铝合金板(4)；
将5～15mm厚的钢板(2)水平放置在平整的砂质地基(1)上，根据钢板的面积在钢板上按100mm的间隔均匀摆放数个铜支撑(3)，数个铜支撑的支撑高度S控制在1～4mm，然后将3～6mm厚的包铝高锡铝合金板架设在数个铜支撑上，检查包铝高锡铝合金板是否和钢板的四周对齐，最后在包铝高锡铝合金板的上表面均匀铺设单位面积装药量R的炸药层，R控制在1.3～1.5g/cm2，炸药(5)是膨化硝铵和碳化硅粉末的混合物，在炸药层的任一处埋设8#工业雷管(6)，以1500～20000m/s的爆速使包铝高锡铝合金板向下加速运动并高速碰撞钢板，即可制备出由包铝高锡铝合金板和钢板为双金属材料的轴瓦基材。
2.根据权利要求1所述一种由高锡铝合金板和钢板制备双金属轴瓦基材的方法，其特征是：炸药中的碳化硅粉末需经100目网过筛，炸药按重量百分比的配制比例是：膨化硝铵：碳化硅粉末=｛30～50｝：｛50～70｝，要求配制后炸药的密度控制在0.7～1.0g/cm3。
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