CN108746559A - 金属套圆柱体外表面双金属复合材料件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属套圆柱体外表面双金属复合材料件及其制备方法，通过浇铸工艺在金属套基体外表面铸造双金属复合材料层，然后通过加些加工的减材制造方法，对浇铸成型件除去边料。本发明在被浇铸的钢套径向开孔，利用离心浇铸的工艺中的离心挤压力使浇铸过程中铜合金层与钢套表面受压应力，增强了铜合金层与钢套的结合强度。通过该工艺获得的外表面铜合金涂层不仅与基层结合力强，涂层厚度大，涂层均匀。本发明工艺制备的浇铸铜胚料能作为流体动压滑动轴承的芯棒材料，如齿轮传动中行星轮系的齿轮动压轴承的芯棒。相对一般滑动轴承的巴氏合金层，铜合金浇铸涂层有较好的耐高温性和强度，同时又有较好耐磨性，且不易损伤轴承配副的另一面。

Description

金属套圆柱体外表面双金属复合材料件及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种双金属层复合材料及其制造方法，特别是涉及一种金属基体外表面双金属层复合材料及其制造方法，应用于金属铸造技术领域和金属复合材料技术领域。

背景技术

滑动轴承是用于支撑转动结构的重要零件，具有耐冲击载荷、承载能力高和径向尺寸小等优点，广泛应用于机车车辆、船舶、航空航航天及风电领域等。随着滑动轴承在航空发动机等更高转速领域的应用，复合双金属滑动轴承因其较高的综合性能，得到广泛的应用。这其中运用最为广泛的是巴士合金、铝基和铜基合金等材料与钢基材料复合的双金属滑动轴承。

铜基轴承合金具有疲劳强度和承载能力高，耐磨性、导热性良好以及摩擦因数小等优点，能在250℃以下正常工作，适用于制造高速重载工作的轴承，如高速柴油机、航空发动机轴承。巴氏合金的优点是摩擦系数小，减摩性好，有优良的塑性、韧性和耐蚀性和适中的硬度。铝基轴承合金则具有较好的抗咬合性和抗粘着性。对于钢背材料，其主要为提供高的承载能力，又能与基座的线涨系数保持一致。因此使用这些轴承合金与钢基材料复合成双金属滑动轴承具有更加优异的性能。

常用复合金属滑动轴承的形式是以钢为基体，在钢的内表面或者外表面复合铜合金材料，其中在内表面复合的形式较为常见，制备方法也较为成熟，结合效果也能达到需求。而在钢基的外表面复合铜合金材料的制备复合双金属芯棒轴承的工艺非常困难，一般是在钢基外表面喷敷、烧结或者电镀一层合金，所获得的铜合金层与钢背的结合强度并不理想，这成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种金属套圆柱体外表面双金属复合材料件及其制备方法，金属套圆柱体外表面双金属复合材料件的双金属结合界面强度高，耐高温性好，同时又有较好耐磨性，金属套圆柱体外表面金属结合牢度高，不易脱落，耐冲击破坏能力强，使用寿命长。本发明方法通过浇铸工艺在金属套基体外表面铸造双金属复合材料层，然后通过加些加工的减材制造方法，对浇铸成型件进行精整和除去边料。本发明工艺过程简单，高效，易于控制，适合推广应用。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种金属套圆柱体外表面双金属复合材料件，采用金属套圆柱体外表面作为基体界面，与第二种金属层结合，从而在金属套圆柱体外表面形成牢固结合的第二种金属层，其中第二种金属的熔点低于基体金属的熔点，且金属套壁设有穿孔，在孔中充填第二种金属，形成与第二种金属层一体连接的第二种金属栓形部分，第二种金属栓形部分栓塞嵌合于穿过金属套壁的孔中，使金属套圆柱体外表面与第二种金属层形成界面结合和钉匝固定嵌合的一体化结构。

作为本发明优选的技术方案，金属套的材料为钢或铁，第二种金属层的材料为铜、铜合金、铝、铝合金、锡合金中的任意一种或者任意几种金属的合金，形成金属套圆柱体外表面结合第二种金属层的双金属复合材料件。

作为本发明优选的技术方案，穿过金属套壁设置的孔采用均匀分布方式设置，形成孔阵列，从而使与第二种金属层一体连接的第二种金属栓形部分形成钉柱阵列。

一种金属套圆柱体外表面复合金属层浇铸工艺，步骤如下：

a.模具芯部组件加工和预处理：

首先将被浇铸圆柱体金属套进行预制加工，通过机加工在金属套中间以不大于120度间隔设有内外通孔，并在金属套两端设有十字槽，十字槽由四段短槽形成空间十字形分布形式，每段短槽设置于金属套端部表面，每段短槽的两端分别朝向金属套的内腔和外围开通，通过预处理工艺，去除金属套表面的杂质、铁锈，制成待浇铸第二种金属的金属套备件，作为预制基础件，第二种金属的熔点低于金属套备件的熔点；作为本发明优选的技术方案，金属套备件外表面先进行处理，将金属套备件外表面通过机床切削加工达到设定的粗糙度，并在金属套备件上开设内外沟通小孔，孔的大小和密度根据被金属套备件的尺寸大小进行确定和调整设置；金属套备件两端设置的十字槽的宽度和深度也根据被金属套备件的尺寸大小进行确定和调整设置；优选金属套备件的材料为钢或铁；优选第二种金属材料为铜、铜合金、铝、铝合金、锡合金中的任意一种或者任意几种金属的合金；

b.组合式模具制作：

将在步骤a中得到的金属套备件作为模具芯部组件，放入并安装于浇铸模具中，其中，浇铸模具由上端盖、下端盖和外钢圆筒组成；先将金属套备件放入下端盖的边缘凸台中，使边缘凸台卡住金属套备件的端部外缘，在下端盖预留的焊接孔位置将金属套备件的一端与下端盖两者焊接结合固定，使下端盖的内侧表面作为金属套一端的十字槽的覆盖面，使十字槽形成空间十字形通孔结构；然后，将外钢圆筒内圈与下端盖外圈焊接起来；然后将上端盖的边缘凸台与嵌套内置于外钢圆筒中的金属套备件的另一端对齐，并且使上端盖外端与外钢圆筒内圈对齐，在上端盖预留的焊接孔位置将金属套备件的端部与上端盖两者焊接结合固定，使上端盖的内侧表面作为金属套备件另一端的十字槽的覆盖面，也使十字槽形成空间十字形通孔结构，从而使金属套备件与外钢圆筒之间的间隙空腔和金属套备件内腔之间，通过金属套备件两端的十字形通孔结构和内外通孔进行连通，形成互相连通的双层腔形式的模具芯腔结构；然后，将外钢圆筒内圈与上端盖外圈焊接起来；从而将金属套备件封装于由上端盖、下端盖和外钢圆筒组成的模具中，同时以金属套备件作为临时芯腔模具组件，形成利用嵌套安装结合方式制成的具有浇铸腔体的组合式模具；且上端盖和下端盖的焊接孔皆与金属套备件两端的非开槽区域对应；使金属套备件与外钢圆筒之间的间隙空腔、金属套备件两端的十字形通孔结构和内外通孔和金属套备件内腔形成具有连通器形式的模具芯腔结构；且在金属套备件的内腔中、金属套备件的内外通孔中、金属套备件的十字槽中或金属套备件与外钢圆筒之间的空隙空腔中，填入的第二种金属碎料，控制第二种金属碎料的总填入数量至少为：当第二种金属碎料通过熔化再凝固后，能至少填满金属套备件与外钢圆筒之间的空隙空腔；

外钢圆筒将金属套备件完全包裹封装，且优选将外钢圆筒和金属套备件进行同轴心位置设置；作为本发明优选的技术方案，在上端盖或下端盖的中心留中心通孔，使金属套备件的芯腔与外部连通，用于通过中心通孔注入或者倒出溶液以及放入金属碎料；作为本发明优选的技术方案，沿着上端盖或下端盖的周向，以上端盖或下端盖的中心为原点，每间隔不高于90度设有焊接孔，焊接孔距离上端盖或下端盖中心的距离为金属套备件内外径尺寸范围中的任意尺寸之一；作为本发明优选的技术方案，上端盖或下端盖的中部还设有中部凸台，使中部凸台卡住金属套备件的端部内缘；优选上端盖或下端盖的外缘直径与外钢圆筒内径一致，使上端盖或下端盖；

c.组合式模具加热和浇铸金属液制备：

将在步骤b中制成的组合式模具整体放入马弗箱中，进行加热不低于1000℃，并使组合式模具中填入的第二种金属碎料完全熔化成第二种金属液体；

d.离心铸造和冷却热处理：

将在步骤c经过加热的组合式模具放入离心浇铸机的传动轴上安装的夹具中，进行夹紧安装固定，控制离心浇铸机的转速在100～700转/分钟，使组合式模具高速旋转，在离心作用下，使组合式模具中的第二种金属液体汇流进入金属套备件与外钢圆筒之间的间隙空腔中，并使第二种金属液体均匀充满金属套备件与外钢圆筒之间的间隙空腔中；待组合式模具内部的高温第二种金属液体温度降至800～1000℃时，采用空冷或者雾化水冷的方式，将组合式模具进行冷却，使金属套备件与外钢圆筒之间的间隙空腔中的第二种金属液体逐渐凝固，使作为内层的金属套备件、作为中间层的第二种金属层和作为外层的外钢圆筒壁结合成为三明治结构的复合金属结合体；

e.机械加工精整去除边料工艺：

将在步骤d中得到的离心之后冷却的复合金属结合体进行机械加工，通过车削方法去除复合金属结合体两端的上端盖、下端盖和十字槽的相关部分，并去除外钢圆筒的相关部分，使复合金属结合体剩余的部分仅为圆柱体金属套材料层与第二种金属层，从而制圆柱体外表面结合第二种金属层的双金复合件毛坯成品。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明将被浇铸套筒进行加工后焊接在合适的模具内，将用于浇铸外表面的材料碎屑放入模具内腔，一同放入马弗箱中，使要浇铸的合金放入模具内腔一同加热到其变成合金溶液，待放入的合金碎屑全部熔化后，将模具放入离心机夹具，夹紧夹具后，通过离心机离心的作用，使金属溶液均匀有填满内外套筒缝隙，采用离心机离心的方式给浇铸金属溶液适当的压力，由于离心力的作用溶液与套筒之间产生压力，这样就增加了结合力，使金属液与基体金属套外表面能够紧密结合；最后去除外层金属套以及两侧端盖后，即可完成浇铸；

2.本发明在外层浇铸其他低熔点金属的双金属芯棒滑动轴承制作毛坯的工艺，以解决齿轮传动风扇发动机行星齿轮芯棒轴承或者需要使用类似芯棒轴承结构时的外层低熔点金属的浇铸件的制作问题；

3.本发明制备的双金复合件毛坯成品作为双金属滑动轴承毛坯，基体金属套与外层浇铸的金属层之间结合紧密，工艺难度较低，制造成本较低；同时，基体金属套与外层浇铸的金属层皆为金属，避免了热膨胀不一致带来的不良影响，提高了承载能力。

4.本发明制备方法提供了一种操作简单、高效、便捷的金属套圆柱体外表面双金属复合材料件生产制造方式，易于推广应用。

附图说明

图1为本发明实施例一的基体金属套筒的加工处理后作为备件待用的外观结构示意图。

图2为本发明实施例一的组合式模具的结构及其各组成部件的分解结构示意图。

图3为本发明实施例一的组合式模具的一体化装配好后的内部结构剖面图。

图4为本发明实施例一的带有中心通孔的上端盖结构示意图。

图5为本发明实施例一的不带有中心通孔的下端盖结构示意图。

图6为本发明实施例一的组合式模具连接在离心浇铸机的安装结构示意图。

图7为本发明实施例一制备完成的双金复合件毛坯成品制备的滑动轴承结构件示意图。

图8为本发明实施例三的组合式模具的一体化装配好后的内部结构剖面图。

具体实施方式

以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：

实施例一

在本实施例中，参加图1、图2、图3，一种金属套圆柱体外表面双金属复合材料件，采用钢套圆柱体外表面作为基体界面，与铜合金层结合，从而在钢套圆柱体外表面形成牢固结合的铜合金层，其中铜合金的熔点低于基体钢套的钢的熔点，且钢套壁设有孔，在孔中充填铜合金，形成与铜合金层一体连接的铜合金栓形部分，铜合金栓形部分栓塞嵌合于穿过钢套壁的孔中，使钢套圆柱体外表面与铜合金层形成界面结合和钉匝固定嵌合的一体化结构，形成钢套圆柱体外表面结合铜合金层的双金属复合材料件。

本实施例中，参加图1、图2、图3，金属套圆柱体外表面双金属复合材料件的穿过钢套壁设置的孔采用均匀分布方式设置，形成孔阵列，从而使与铜合金层一体连接的铜合金栓形部分形成钉柱阵列。

参加图1～图6，一种金属套圆柱体外表面复合金属层浇铸工艺，步骤如下：

a.模具芯部组件加工和预处理：

首先将被浇铸圆柱体钢套进行预制加工，通过机加工在金属套中间以120度间隔设有内外通孔1，并在钢套两端设有十字槽2，十字槽2由四段短槽形成空间十字形分布形式，每段短槽设置于钢套端部表面，每段短槽的两端分别朝向钢套的内腔和外围开通；然后通过预处理工艺，进行酸洗、碱洗和水洗三个清洗步骤，先用稀盐酸清除铁锈等杂质，再用碳酸氢钠溶液去除多余的酸，最后用热的清水洗净，再烘干，使内腔迅速干燥，去除钢套表面的杂质、铁锈；长时间进行大批量生产，为防止钢套表面再次氧化，还需要在表面涂挂一层硼砂保护层，制成待浇铸铜合金的金属套备件5，作为预制基础件，铜合金的熔点低于金属套备件5的钢的熔点；

b.组合式模具制作：

将在步骤a中得到的金属套备件5作为模具芯部组件，放入并安装于浇铸模具中，其中，浇铸模具由上端盖3、下端盖6和外钢圆筒4组成；先将金属套备件5放入下端盖6的边缘凸台7中，使边缘凸台7卡住金属套备件5的端部外缘，在下端盖4预留的焊接孔8位置将金属套备件5的一端与下端盖6两者焊接结合固定，使下端盖6的内侧表面作为金属套一端的十字槽2的覆盖面，使十字槽2形成空间十字形通孔结构；然后，将外钢圆筒4内圈与下端盖6外圈焊接起来；然后将上端盖3的边缘凸台7与嵌套内置于外钢圆筒4中的金属套备件5的另一端对齐，并且使上端盖3外端与外钢圆筒4内圈对齐，在上端盖3预留的焊接孔8位置将金属套备件5的端部与上端盖3两者焊接结合固定，使上端盖3的内侧表面作为金属套备件5另一端的十字槽2的覆盖面，也使十字槽2形成空间十字形通孔结构，从而使金属套备件5与外钢圆筒4之间的间隙空腔和金属套备件5内腔之间，通过金属套备件5两端的十字形通孔结构和内外通孔1进行连通，形成互相连通的双层腔形式的模具芯腔结构；然后，将外钢圆筒4内圈与上端盖3外圈焊接起来；从而将金属套备件5封装于由上端盖3、下端盖6和外钢圆筒4组成的模具中，同时以金属套备件5作为临时芯腔模具组件，形成利用嵌套安装结合方式制成的具有浇铸腔体的组合式模具14；且上端盖3和下端盖6的焊接孔8皆与金属套备件5两端的非开槽区域对应；使金属套备件5与外钢圆筒4之间的间隙空腔、金属套备件5两端的十字形通孔结构和内外通孔1和金属套备件5内腔形成具有连通器形式的模具芯腔结构；且在金属套备件5的内腔中填入的第二种金属碎料，控制第二种金属碎料的总填入数量至少为：当第二种金属碎料通过熔化再凝固后，能至少填满金属套备件5与外钢圆筒4之间的空隙空腔；参加图2、图3，组合式模具14中的外钢圆筒4将金属套备件5完全包裹封装，且外钢圆筒4和金属套备件5进行同轴心位置设置；参加图2、图3、图4和图6，在上端盖3的中心留中心通孔9，使金属套备件5的芯腔与外部连通，用于通过中心通孔9注入或者倒出溶液以及放入金属碎料；沿着上端盖3和下端盖6的周向，分别以上端盖3或下端盖6的中心为原点，每间隔90度设有焊接孔8，焊接孔8距离上端盖3或下端盖6中心的距离为金属套备件5内外径尺寸平均值，上端盖3或下端盖6的外缘直径与外钢圆筒4内径一致，参见图2～图5；组合式模具14的组成部件如图2所示，安装完成各个组件的配合见图3；加工好两端的盖板，其中两个端盖周向开四个焊接孔8，见图4和图5中的上下端盖，目的是为了与里面的钢套焊接固定，小孔应该与钢套两端非开槽区域接触，焊接密封以防铜合金溶液漏出。另外，上端盖3的中间开设中心通孔9，控制中心通孔9的尺寸大小不要过大，能够满足倒入酸洗溶液以及方便放入铜合金碎屑即可。在各端盖中心开设圆形凹坑，凹坑直径与组合式模具14内层的钢套外径相同，目的是为了将钢套固定在中心，这样离心时周向更加均匀。焊接好内层钢套后，再将外层钢套与端盖焊接好，周向焊缝要保持焊接牢固，防止铜合金溶液漏出，并焊接完成后需要清理内腔里的杂质；将配比好的铜合金碎屑材料通过焊接上端盖3的中心通孔9放入组合式模具14的内腔，铜合金碎屑的加入量根据两层钢套间缝隙大小决定，保证铜合金融化后能完全填满空隙；

c.组合式模具加热和浇铸金属液制备：

将在步骤b中制成的组合式模具14整体放入马弗箱中，使上端盖3一侧朝上，进行加热不低于1000℃，并使组合式模具14中填入的铜合金碎料完全熔化成铜合金熔体；

d.离心铸造和冷却热处理：

将在步骤c经过加热的组合式模具14放入卧式的离心浇铸机13的传动轴12上安装的夹具11中，参见图6，进行夹紧安装固定，根据目标浇铸毛坯的尺寸大小选择合适的转速，在离心机上旋转至铜合金冷却凝固，控制离心浇铸机13的转速为700转/分钟，使组合式模具14高速旋转，在离心作用下，使组合式模具14中的铜合金熔体汇流进入金属套备件5与外钢圆筒4之间的间隙空腔中，并使铜合金熔体均匀充满金属套备件5与外钢圆筒4之间的间隙空腔中；待组合式模具14内部的高温铜合金熔体温度降至1000℃时，采用空冷方式，将组合式模具14进行冷却，使金属套备件5与外钢圆筒4之间的间隙空腔中的铜合金熔体逐渐凝固，使作为内层的金属套备件5、作为中间层的铜合金层和作为外层的外钢圆筒4壁结合成为三明治结构的复合金属结合体，使钢套与铜合金之间形成紧密的粘合；离心完成的模具需要适当的速率进行冷却，采用空冷方式，能防止冷却过快导致铜合金出现缺陷；

e.机械加工精整去除边料工艺：

将在步骤d中得到的离心之后冷却的复合金属结合体进行机械加工，通过车削方法去除复合金属结合体两端的上端盖3、下端盖6和十字槽2的相关部分，并去除外钢圆筒4的相关部分，使复合金属结合体剩余的部分仅为圆柱体金属套材料层16与铜合金层，铜合金层作为钢套材料层外表面结合的第二种金属层15，从而制圆柱体外表面结合铜合金层的双金复合件毛坯成品。

在本实施例中，参加图1、图2、图3，在步骤a中，在进行模具芯部组件加工和预处理时，将金属套备件5切削到实际需要尺寸，直径为122mm，内圈开孔比加工完的轴承略小，留下加工余量，内圈直径为65mm；然后将金属套备件5外表面先进行处理，将金属套备件5外表面通过机床切削加工达到设定的粗糙度；然后在金属套备件5上开设内外沟通小孔1，孔的大小和密度根据被金属套备件5的尺寸大小进行确定，本实施例在金属套备件5的外表面中部沿轴向开设三排小孔1，三排小孔1以金属套备件5周向120°间隔均匀排布，小孔1的孔径为6mm,孔间距为40mm，轴向排列的每排小孔1的数量为3个；然后在金属套备件5两端设置的十字槽2，十字槽2的宽度和深度也根据被金属套备件5的尺寸大小进行确定，将钢套两端沿中心开十字槽2，槽宽为10mm，槽深为10mm。

利用本实施例制备的双金复合件毛坯成品，能进行制作该芯棒轴承毛坯，如图7所示，芯棒轴承作为滑动轴承，运用在航空发动机减速齿轮箱上，具体运用位置是行星齿轮的支撑芯棒轴承，该轴承是固定的，而与之配合的行星齿轮是旋转的，因此该芯棒滑动轴承需要将铜合金复合在芯棒轴承外表面。该滑动轴承除了突出的防止转动的凸台外的基本尺寸为外径126mm，长155mm，内径70mm。其外表面为2mm厚的铜合金层。为了完成毛坯制作，制作如图2和图3所示组合式浇铸模具，按照以上工艺流程，一步步完成毛坯制作，将铜合金紧密浇铸在钢套外圈。

所完成制作的双金属滑动轴承毛坯，钢套与外层浇铸的铜合金层之间结合紧密，工艺难度较低，制造成本较低。同时，基材大部分为钢，避免了热膨胀不一致带来的不良影响，提高了承载能力。

参加图1～图6，本实施例在金属套圆柱体外表面复合金属层浇铸工艺中制备了一种的浇铸模具，其包括外层钢套和两端端盖；端盖焊接在被浇铸构件的两端；外层钢套将被浇铸构件完全包裹，且同心并留有空隙；端盖之一中心留通孔，周向每90度留有焊接孔，并且端盖中心留有固定被浇铸套筒的凹坑，端盖直径与外层钢套内径一致；端盖另一除中心处不设置通孔，其余与前述端盖一致；被浇铸件，两端开十字槽，并且每120度打横向通孔。本实施例采用离心机离心的方式给浇铸金属溶液适当的压力，使其与被浇铸件能够紧密结合，其次，要浇铸的合金放入模具内腔一同加热到其变成合金溶液，提高效率，保证工艺质量。本实施例在组合模具内腔铜合金在加热熔化后，使用离心机进行离心作用，使得铜合金溶液均匀充满被浇铸钢套与外层模具之间的空腔，并且在离心力的作用下，让铜合金溶液对空腔内壁产生压力，增加成品的铜合金与钢套之间的结合力。本实施例采用将铜合金浇铸到钢基外圈的工艺，制备双金复合件毛坯成品，是一种双金属滑动轴承的毛坯浇铸工艺，能提供一种在外层浇铸其他低熔点金属的双金属芯棒滑动轴承制作毛坯的工艺，以解决齿轮传动风扇发动机行星齿轮芯棒轴承或者需要使用类似芯棒轴承结构时的外层低熔点金属的浇铸件的制作问题。本实施例钢圆柱体外表面的铜合金浇铸工艺，区别于传统的在钢套的内表面浇铸铜合金的工艺，本发明要解决的是将铜合金浇铸到钢套的外表面。本实施例制备的浇铸铜的胚料可以作为流体动压滑动轴承的芯棒材料，如齿轮传动中行星轮系的齿轮动压轴承的芯棒。相对一般滑动轴承的巴氏合金层，铜合金浇铸涂层有较好的耐高温性和强度，同时又有较好耐磨性，且不易损伤轴承配副的另一面。本实施例钢圆柱体外表面的铜合金浇铸工艺能应用到需要较厚铜合金外表涂层的应用领域，能进行铜合金涂层1～5毫米厚的双金复合件毛坯成品制备。将铜合金浇铸在钢套外圈，传统的浇铸方法是采用静止的浇铸方法，其弊端是铜合金层与钢基体之间结合强度较低，而本实施例采用一种创新设计，通过在被浇铸的钢套径向开孔，利用离心浇铸的工艺中的离心挤压力使浇铸过程中铜合金层与钢套表面受压应力，增强了铜合金层与钢套的结合强度。通过该项技术获得的外表面铜合金涂层不仅与基层结合力强，涂层厚度大，涂层均匀。

实施例二

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种金属套圆柱体外表面复合金属层浇铸工艺，步骤如下：

a.本步骤与实施例一相同；

b.本步骤与实施例一相同；

c.组合式模具加热和浇铸金属液制备：

将在步骤b中制成的组合式模具14整体放入马弗箱中，使上端盖3一侧朝上，进行加热不低于1150℃，并使组合式模具14中填入的铜合金碎料完全熔化成铜合金熔体；

d.离心铸造和冷却热处理：

将在步骤c经过加热的组合式模具14放入卧式的离心浇铸机13的传动轴12上安装的夹具11中，参见图6，进行夹紧安装固定，根据目标浇铸毛坯的尺寸大小选择合适的转速，在离心机上旋转至铜合金冷却凝固，控制离心浇铸机13的转速为100转/分钟，使组合式模具14高速旋转，在离心作用下，使组合式模具14中的铜合金熔体汇流进入金属套备件5与外钢圆筒4之间的间隙空腔中，并使铜合金熔体均匀充满金属套备件5与外钢圆筒4之间的间隙空腔中；待组合式模具14内部的高温铜合金熔体温度降至800℃时，采用雾化水冷的方式，将组合式模具14进行冷却，使金属套备件5与外钢圆筒4之间的间隙空腔中的铜合金熔体逐渐凝固，使作为内层的金属套备件5、作为中间层的铜合金层和作为外层的外钢圆筒4壁结合成为三明治结构的复合金属结合体，使钢套与铜合金之间形成紧密的粘合；离心完成的模具需要适当的速率进行冷却，采用空冷方式，能防止冷却过快导致铜合金出现缺陷；

e.本步骤与实施例一相同。

本实施例钢圆柱体外表面的铜合金浇铸工艺，区别于传统的在钢套的内表面浇铸铜合金的工艺，本发明要解决的是将铜合金浇铸到钢套的外表面。本实施例制备的浇铸铜的胚料可以作为流体动压滑动轴承的芯棒材料，如齿轮传动中行星轮系的齿轮动压轴承的芯棒。相对一般滑动轴承的巴氏合金层，铜合金浇铸涂层有较好的耐高温性和强度，同时又有较好耐磨性，且不易损伤轴承配副的另一面。本实施例钢圆柱体外表面的铜合金浇铸工艺能应用到需要较厚铜合金外表涂层的应用领域，进行铜合金涂层1到5毫米厚的双金复合件毛坯成品制备。将铜合金浇铸在钢套外圈，传统的浇铸方法是采用静止的浇铸方法，其弊端是铜合金层与钢基体之间结合强度较低，而本实施例采用一种创新设计，通过在被浇铸的钢套径向开孔，利用离心浇铸的工艺中的离心挤压力使浇铸过程中铜合金层与钢套表面受压应力，增强了铜合金层与钢套的结合强度。通过该项技术获得的外表面铜合金涂层不仅与基层结合力强，涂层厚度大，涂层均匀。

实施例三

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，参见图7，一种金属套圆柱体外表面复合金属层浇铸工艺，在步骤b中，采用特别的结构优化，将上端盖3或下端盖6的中部还设有中部凸台10，使中部凸台10卡住金属套备件5的端部内缘。能更加稳固地将内层钢套固定在端盖上，将内层钢套牢固安装在组合式浇铸模具的内部，作为模具芯腔结构件，这样当进行后续离心和铜合金凝固时使铜合金层周向更加均匀。

实施例四

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种金属套圆柱体外表面复合金属层浇铸工艺，在步骤a中，在进行模具芯部组件预处理时：通过预处理工艺，进行酸洗、碱洗和水洗三个清洗步骤，去除钢套表面的杂质、铁锈；当进行短时间小大批量生产时，不需要在缸套外表面涂挂一层硼砂保护层，可以省略这一步，直接将完成加工和预处理的金属套备件5作为模具芯部组件进行下一步步骤b的组合式模具制作即可，可以节省步骤，提高效率，保证工艺质量。

上述实施例主要涉及钢套外圈浇铸铜合金一种情况，其工艺同样适用其他金属合金之间的复合，同样适用钢套外圈复合其他轴承合金，因此基于本发明原理，其他类似的外表面双金属复合浇铸，也应受到保护。

本发明上述实施例将被浇铸套筒进行加工后焊接在合适的模具内，将用于浇铸外表面的材料碎屑放入模具内腔，一同放入马弗箱中，使要浇铸的合金放入模具内腔一同加热到其变成合金溶液，待放入的合金碎屑全部熔化后，将模具放入离心机夹具，夹紧夹具后，通过离心机离心的作用，使金属溶液均匀有填满内外套筒缝隙，采用离心机离心的方式给浇铸金属溶液适当的压力，由于离心力的作用溶液与套筒之间产生压力，这样就增加了结合力，使金属液与基体金属套外表面能够紧密结合；最后去除外层金属套以及两侧端盖后，即可完成浇铸；本发明上述实施例在外层浇铸其他低熔点金属的双金属芯棒滑动轴承制作毛坯的工艺，以解决齿轮传动风扇发动机行星齿轮芯棒轴承或者需要使用类似芯棒轴承结构时的外层低熔点金属的浇铸件的制作问题；本发明上述是实施例制备的双金复合件毛坯成品作为双金属滑动轴承毛坯，基体金属套与外层浇铸的金属层之间结合紧密，工艺难度较低，制造成本较低；同时，基体金属套与外层浇铸的金属层皆为金属，避免了热膨胀不一致带来的不良影响，提高了承载能力。本发明上述实施例制备方法提供了一种操作简单、高效、便捷的金属套圆柱体外表面双金属复合材料件生产制造方式，易于推广应用。

上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明金属套圆柱体外表面双金属复合材料件及其制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种金属套圆柱体外表面双金属复合材料件，其特征在于：采用金属套圆柱体外表面作为基体界面，与第二种金属层结合，从而在金属套圆柱体外表面形成牢固结合的第二种金属层，其中第二种金属的熔点低于基体金属的熔点，且金属套壁设有孔，在孔中充填第二种金属，形成与第二种金属层一体连接的第二种金属栓形部分，第二种金属栓形部分栓塞嵌合于穿过金属套壁的孔中，使金属套圆柱体外表面与第二种金属层形成界面结合和钉匝固定嵌合锚固的一体化结构。

2.根据权利要求1所述金属套圆柱体外表面双金属复合材料件，其特征在于：金属套的材料为钢或铁，第二种金属层的材料为铜、铜合金、铝、铝合金、锡合金中的任意一种或者任意几种金属的合金，形成金属套圆柱体外表面结合第二种金属层的双金属复合材料件。

3.根据权利要求1或2所述金属套圆柱体外表面双金属复合材料件，其特征在于：穿过金属套壁设置的孔采用均匀分布方式设置，形成孔阵列，从而使与第二种金属层一体连接的第二种金属栓形部分形成钉柱阵列。

4.一种金属套圆柱体外表面复合金属层浇铸工艺，其特征在于，步骤如下：

a.模具芯部组件加工和预处理：

首先将被浇铸圆柱体金属套进行预制加工，通过机加工在金属套中间以不大于120度间隔设有内外通孔(1)，并在金属套两端设有十字槽(2)，所述十字槽(2)由四段短槽形成空间十字形分布形式，每段短槽设置于金属套端部表面，每段短槽的两端分别朝向金属套的内腔和外围开通，通过预处理工艺，去除金属套表面的杂质、铁锈，制成待浇铸第二种金属的金属套备件(5)，作为预制基础件，第二种金属的熔点低于金属套备件(5)的熔点；

b.组合式模具制作：

将在步骤a中得到的金属套备件(5)作为模具芯部组件，放入并安装于浇铸模具中，其中，浇铸模具由上端盖(3)、下端盖(6)和外钢圆筒(4)组成；先将金属套备件(5)放入下端盖(6)的边缘凸台(7)中，使边缘凸台(7)卡住金属套备件(5)的端部外缘，在下端盖(4)预留的焊接孔(8)位置将金属套备件(5)的一端与下端盖(6)两者焊接结合固定，使下端盖(6)的内侧表面作为金属套一端的十字槽(2)的覆盖面，使十字槽(2)形成空间十字形通孔结构；然后，将外钢圆筒(4)内圈与下端盖(6)外圈焊接起来；然后将上端盖(3)的边缘凸台(7)与嵌套内置于外钢圆筒(4)中的金属套备件(5)的另一端对齐，并且使上端盖(3)外端与外钢圆筒(4)内圈对齐，在上端盖(3)预留的焊接孔(8)位置将金属套备件(5)的端部与上端盖(3)两者焊接结合固定，使上端盖(3)的内侧表面作为金属套备件(5)另一端的十字槽(2)的覆盖面，也使十字槽(2)形成空间十字形通孔结构，从而使金属套备件(5)与外钢圆筒(4)之间的间隙空腔和金属套备件(5)内腔之间，通过金属套备件(5)两端的十字形通孔结构和内外通孔(1)进行连通，形成互相连通的双层腔形式的模具芯腔结构；然后，将外钢圆筒(4)内圈与上端盖(3)外圈焊接起来；从而将金属套备件(5)封装于由上端盖(3)、下端盖(6)和外钢圆筒(4)组成的模具中，同时以金属套备件(5)作为临时芯腔模具组件，形成利用嵌套安装结合方式制成的具有浇铸腔体的组合式模具(14)；且上端盖(3)和下端盖(6)的焊接孔(8)皆与金属套备件(5)两端的非开槽区域对应；且在金属套备件(5)的内腔中、金属套备件(5)的内外通孔(1)中、金属套备件(5)的十字槽(2)中或金属套备件(5)与外钢圆筒(4)之间的空隙空腔中，填入的第二种金属碎料，控制第二种金属碎料的总填入数量至少为：当第二种金属碎料通过熔化再凝固后，能至少填满金属套备件(5)与外钢圆筒(4)之间的空隙空腔；

c.组合式模具加热和浇铸金属液制备：

将在步骤b中制成的组合式模具(14)整体放入马弗箱中，进行加热不低于1000℃，并使组合式模具(14)中填入的第二种金属碎料完全熔化成第二种金属液体；

d.离心铸造和冷却热处理：

将在步骤c经过加热的组合式模具(14)放入离心浇铸机(13)的传动轴(12)上安装的夹具(11)中，进行夹紧安装固定，控制离心浇铸机(13)的转速在100～700转/分钟，使组合式模具(14)高速旋转，在离心作用下，使组合式模具(14)中的第二种金属液体汇流进入金属套备件(5)与外钢圆筒(4)之间的间隙空腔中，并使第二种金属液体均匀充满金属套备件(5)与外钢圆筒(4)之间的间隙空腔中；待组合式模具(14)内部的高温第二种金属液体温度降至800～1000℃时，采用空冷或者雾化水冷的方式，将组合式模具(14)进行冷却，使金属套备件(5)与外钢圆筒(4)之间的间隙空腔中的第二种金属液体逐渐凝固，使作为内层的金属套备件(5)、作为中间层的第二种金属层和作为外层的外钢圆筒(4)壁结合成为三明治结构的复合金属结合体；

e.机械加工精整去除边料工艺：

将在步骤d中得到的离心之后冷却的复合金属结合体进行机械加工，通过车削方法去除复合金属结合体两端的上端盖(3)、下端盖(6)和十字槽(2)的相关部分，并去除外钢圆筒(4)的相关部分，使复合金属结合体剩余的部分仅为圆柱体金属套材料层(16)与第二种金属层(15)，从而制圆柱体外表面结合第二种金属层(15)的双金复合件毛坯成品。

5.根据权利要求4所述金属套圆柱体外表面复合金属层浇铸工艺，其特征在于：在所述步骤a中，金属套备件(5)外表面先进行处理，将金属套备件(5)外表面通过机床切削加工达到设定的粗糙度，并在金属套备件(5)上开设内外沟通小孔(1)，孔的大小和密度根据被金属套备件(5)的尺寸大小进行确定和调整设置；金属套备件(5)两端设置的十字槽(2)的宽度和深度也根据被金属套备件(5)的尺寸大小进行确定和调整设置。

6.根据权利要求4所述金属套圆柱体外表面复合金属层浇铸工艺，其特征在于：在所述步骤b中，所述外钢圆筒(4)将金属套备件(5)完全包裹封装，且外钢圆筒(4)和金属套备件(5)进行同轴心位置设置。

7.根据权利要求4所述金属套圆柱体外表面复合金属层浇铸工艺，其特征在于：在所述步骤b中，在上端盖(3)或下端盖(6)的中心留中心通孔(9)，使金属套备件(5)的芯腔与外部连通，用于通过中心通孔(9)注入或者倒出溶液以及放入金属碎料。

8.根据权利要求4所述金属套圆柱体外表面复合金属层浇铸工艺，其特征在于：在所述步骤b中，沿着上端盖(3)或下端盖(6)的周向，以上端盖(3)或下端盖(6)的中心为原点，每间隔不高于90度设有焊接孔(8)，焊接孔(8)距离上端盖(3)或下端盖(6)中心的距离为金属套备件(5)内外径尺寸范围中的任意尺寸之一。

9.根据权利要求4所述金属套圆柱体外表面复合金属层浇铸工艺，其特征在于：在所述步骤b中，上端盖(3)或下端盖(6)的中部还设有中部凸台(10)，使中部凸台(10)卡住金属套备件(5)的端部内缘。

10.根据权利要求4所述金属套圆柱体外表面复合金属层浇铸工艺，其特征在于：在所述步骤b中，上端盖(3)或下端盖(6)的外缘直径与外钢圆筒(4)内径一致。