CN111558809B - 一种CuSn10Pb10/45#钢双金属的制备方法 - Google Patents

一种CuSn10Pb10/45#钢双金属的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种CuSn10Pb10/45#钢双金属的制备方法，具体按照如下步骤进行：步骤1：将45#钢和CuPb10Sn10铜合金加工为具有一定的形状的内部多孔结构；步骤2：将45#钢结构件和CuPb10Sn10铜合金进行预处理；步骤3：对预处理过的45#钢结构件进行热浸镀锡；步骤4：将步骤2中得到的CuPb10Sn10铜合金置于步骤3得到的45#钢结构件中，然后将其进行热压微区扩散成型，得到CuSn10Pb10/45#钢双金属。本发明形成的双金属既综合了铜和钢的优越性能，同时还具有较高的界面强度和剪切强度。

Description

一种CuSn10Pb10/45#钢双金属的制备方法
技术领域
本发明属于双金属的制备技术领域，具体涉及一种CuSn10Pb10/45#钢双金属的制备方法。
背景技术
CuSn10Pb10/钢异种金属拥有耐摩擦、耐腐蚀、抗氧化、散热好、强度高、导电导热性良好等特点，广泛应用于机械设备、石油管道设备以及电力传输等领域。目前，铅青铜/钢双金属在液压领域已经得到广泛应用，主要采用的连接方法为熔铸法，但CuSn10Pb10在熔铸过程中会析出单质锡，且锡在凝固和后期热处理过程中无法回熔，导致材料韧性以及耐冲击性能等一系列力学性能下降。在对液压系统要求较高的航空航天、起重运输、工程机械等领域中，对液压系统中的高压柱塞泵要求很高，不但要求其拥有高强度，同时要具有高的耐摩擦磨损性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种CuSn10Pb10/45#钢扩散的双金属的制备方法，解决了目前此类CuSn10Pb10/45#钢双金属结合强度低、使用时易开裂的缺点。
本发明所采用的技术方案是，
一种CuSn10Pb10/45#钢双金属的制备方法，具体按照如下步骤进行：
步骤1：将45#钢加工为圆柱体，圆柱体的两端形成有容置槽，两个容置槽相对开设有若干个圆柱体腔，对应两个容置槽的尺寸加工圆柱形的CuPb10Sn10铜合金，
步骤2：将45#钢结构件和CuPb10Sn10铜合金的表面打磨，并进行酸洗，随后进行清洗，清洗后得到预处理后的CuPb10Sn10铜合金和45#钢；
步骤3：对预处理过的45#钢结构件进行6-10小时的热浸镀锡，得到镀锡后的45#钢结构件；
步骤4：将步骤2中得到的处理后的CuPb10Sn10铜合金置于步骤3得到的45#钢结构件中，得到加工件，然后将加工件放置于热压磨具，将热压磨具置入真空热压烧结炉中进行热压微区扩散成型，得到CuSn10Pb10/45#钢双金属。
本发明的特点还在于，
步骤1中，圆柱体的外径尺寸为40mm，高度为110mm，圆柱形的CuPb10Sn10铜合金的外径尺寸为30mm，高度为30mm。
步骤2中，酸洗具体为：将45#钢结构件和CuPb10Sn10铜合金浸泡在10％的硝酸酒精溶液中进行酸洗。
步骤2中，所述清洗采用酒精清洗。
步骤4中，热压微区扩散成型具体为：将真空烧结炉的真空度达到6.67×10-3Pa～6.67×10-2Pa后开始加热，烧结55～65min，加热温度到850～950℃后保温0.5～3h，保温过程中给其施加1～5MPa的压力，待挤压过程结束、CuSn10Pb10/45#钢完成微区扩散成型后，停止加压加热，随炉冷却后得到CuSn10Pb10/45#钢双金属。
本发明的有益效果是，本发明一种CuSn10Pb10/45#钢双金属的制备方法，在比较高的温度下，使得铜合金软化，将其挤压到多孔结构的45#钢上，由此不仅使得铜合金与钢在压力作用下高温扩散接合，且为某些拥有复杂内部结构的结构件实现双金属化提供方法。形成的双金属除了具有铜和钢各自优越性能外，同时还具有较高的界面强度，其界面剪切强度最高可达259MPa。
附图说明
图1是本发明一种CuSn10Pb10/45#钢双金属的制备方法的结构设计图；
图2是本发明一种CuSn10Pb10/45#钢双金属的制备方法中CuSn10Pb10/45#钢双金属界面形貌图；
图3是本发明一种CuSn10Pb10/45#钢双金属的制备方法的实施例2中CuSn10Pb10/45#钢双金属的剪切强度曲线示意图。
图中，1.圆柱体，2.圆柱体腔，3.容置槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明一种CuSn10Pb10/45#钢双金属的制备方法进行详细说明。
一种CuSn10Pb10/45#钢双金属的制备方法，具体按照如下步骤进行：
步骤1：如图1所示，将45#钢加工为圆柱体1，圆柱体1的两端形成有容置槽3，两个容置槽3相对开设有若干个圆柱体腔2，对应两个容置槽3的尺寸加工圆柱形的CuPb10Sn10铜合金，
步骤2：将45#钢结构件和CuPb10Sn10铜合金的表面打磨，并进行酸洗，随后进行清洗，清洗后得到预处理后的CuPb10Sn10铜合金和45#钢；
步骤3：对预处理过的45#钢结构件进行6-10小时的热浸镀锡，得到镀锡后的45#钢结构件；
步骤4：将步骤2中得到的处理后的CuPb10Sn10铜合金置于步骤3得到的45#钢结构件中，得到加工件，然后将加工件放置于热压磨具，将热压磨具置入真空热压烧结炉中进行热压微区扩散成型，得到CuSn10Pb10/45#钢双金属。
进一步地，如图1所示，步骤1中，圆柱体1的外径尺寸为40mm，高度为110mm，圆柱形的CuPb10Sn10铜合金的外径尺寸为30mm，高度为30mm。
进一步地，步骤2中，酸洗具体为：将45#钢结构件和CuPb10Sn10铜合金浸泡在10％的硝酸酒精溶液中进行酸洗。
进一步地，步骤2中，清洗采用酒精清洗。
进一步地，步骤4中，热压微区扩散成型具体为：将真空烧结炉的真空度达到6.67×10-3Pa～6.67×10-2Pa后开始加热，烧结55～65min，加热温度到850～950℃后保温0.5～3h，保温过程中给其施加1～5MPa的压力，待挤压过程结束、CuSn10Pb10/45#钢完成微区扩散成型后，停止加压加热，随炉冷却后得到CuSn10Pb10/45#钢双金属。
下面通过具体的实施例对本发明一种CuSn10Pb10/45#钢双金属的制备方法进行进一步详细解释。
实施例1
将牌号为CuPb10Sn10的铜合金加工为Φ30mm×30mm圆柱体；同时，将外径尺寸为Φ40mm×110mm的圆柱体45#钢加工成如图1所示的结构；将铜合金和45#钢的端面打磨后，浸泡在10％硝酸酒精进行酸洗，再用酒精清洗后保存备用；
对预处理过的45#钢结构件进行时长为8小时的热浸镀锡，之后将多余的锡在真空环境下退出。而后将其与预处理后的铜合金配合好一并放置于热压磨具，然后将热压模具放入真空热压烧结炉中，为了防止界面结合处氧化，将真空热压烧结炉抽至高真空，当烧结炉内真空度达到1.20×10-2Pa后开始加热，烧结55min，加热温度到850℃后保温2小时，保温过程中给热压模具加压3MPa，待CuSn10Pb10/45#钢完成微区扩散成型后停止加压加热，使其随炉冷却，得到CuSn10Pb10/45#钢双金属。经力学性能检测，如图3所示，其界面剪切强度可达228MPa。
实施例2
制备CuSn10Pb10/45#钢双金属，将牌号为CuPb10Sn10的铜合金加工为Φ30mm×30mm圆柱体；同时，将外径尺寸为Φ40mm×110mm的圆柱体45#钢加工成如图1所示的结构；将铜合金和45#钢的端面打磨后，浸泡在10％硝酸酒精进行酸洗，再用酒精清洗后保存备用；
对预处理过的45#钢结构件进行时长为8h的热浸镀锡，之后将多余的锡在真空环境下退出。而后将其与预处理后的铜合金配合好一并放置于热压磨具，然后将热压模具放入真空热压烧结炉中，为了防止界面结合处氧化，将真空热压烧结炉抽至高真空，当烧结炉内真空度达到6.67×10-3Pa后开始加热，烧结58min，加热温度到875℃后保温1小时，保温过程中给热压模具加压3MPa，待CuSn10Pb10/45#钢完成微区扩散成型后停止加压加热，使其随炉冷却，得到如图2所示的CuSn10Pb10/45#钢双金属。经力学性能检测，如图3所示，其界面剪切强度可达237MPa。
实施例3
制备CuSn10Pb10/45#钢双金属，将牌号为CuPb10Sn10的铜合金加工为Φ30mm×30mm圆柱体；同时，将外径尺寸为Φ40mm×110mm的圆柱体45#钢加工成如图1所示的结构；将铜合金和45#钢的端面打磨后，浸泡在10％硝酸酒精进行酸洗，再用酒精清洗后保存备用；
对预处理过的45#钢结构件进行时长为6h的热浸镀锡，之后将多余的锡在真空环境下退出。而后将其与预处理后的铜合金配合好一并放置于热压磨具，然后将热压模具放入真空热压烧结炉中，为了防止界面结合处氧化，将真空热压烧结炉抽至高真空，当烧结炉内真空度达到8.70×10-3Pa后开始加热，烧结60min，加热温度到900℃后保温2小时，保温过程中给热压模具加压5MPa，待CuSn10Pb10/45#钢完成微区扩散成型后停止加压加热，使其随炉冷却，得到CuSn10Pb10/45#钢双金属。经力学性能检测，如图3所示，其界面剪切强度可达259MPa。
实施例4
制备CuSn10Pb10/45#钢双金属，将牌号为CuPb10Sn10的铜合金加工为Φ30mm×30mm圆柱体；同时，将外径尺寸为Φ40mm×110mm的圆柱体45#钢加工成如图1所示的结构；将铜合金和45#钢的端面打磨后，浸泡在10％硝酸酒精进行酸洗，再用酒精清洗后保存备用；
对预处理过的45#钢结构件进行时长为8h的热浸镀锡，之后将多余的锡在真空环境下退出。而后将其与预处理后的铜合金配合好一并放置于热压磨具，然后将热压模具放入真空热压烧结炉中，为了防止界面结合处氧化，将真空热压烧结炉抽至高真空，当烧结炉内真空度达到1.20×10-2Pa后开始加热，烧结63min，加热温度到925℃后保温60min，保温过程中给热压模具加压1MPa，待CuSn10Pb10/45#钢完成微区扩散成型后停止加压加热，使其随炉冷却，得到CuSn10Pb10/45#钢双金属。经力学性能检测，如图3所示，其界面剪切强度可达241MPa。
实施例5
制备CuSn10Pb10/45#钢双金属，将牌号为CuPb10Sn10的铜合金加工为Φ30mm×30mm圆柱体；同时，将外径尺寸为Φ40mm×110mm的圆柱体45#钢加工成如图1所示的结构；将铜合金和45#钢的端面打磨后，浸泡在10％硝酸酒精进行酸洗，再用酒精清洗后保存备用；
对预处理过的45#钢结构件进行时长为10h的热浸镀锡，之后将多余的锡在真空环境下退出。而后将其与预处理后的铜合金配合好一并放置于热压磨具，然后将热压模具放入真空热压烧结炉中，为了防止界面结合处氧化，将真空热压烧结炉抽至高真空，当烧结炉内真空度达到6.67×10-2Pa后开始加热，烧结63min，加热温度到950℃后保温180min，保温过程中给热压模具加压1MPa，待CuSn10Pb10/45#钢完成微区扩散成型后停止加压加热，使其随炉冷却，得到CuSn10Pb10/45#钢双金属。经力学性能检测，如图3所示，其界面剪切强度可达238MPa。
一种CuSn10Pb10/45#钢双金属的制备方法，在待结合的45#钢表面热浸镀锡，其后的真空热压既可以促进两种合金在界面上的扩散，又能起到控制中间锡层厚度，防止锡在界面附近偏析影响其性能。锡在界面处起到辅助扩散的作用，形成具有用一定强度的过渡层，此种双金属复合材料除了具有铜合金和45#钢各自优越性能外，还具有较高的界面强度，其界面剪切强度较大。

Claims (3)

1.一种CuSn10Pb10/45#钢双金属的制备方法，其特征在于，具体按照如下步骤进行：
步骤1：将45#钢加工为圆柱体(1)，所述圆柱体(1)的两端形成有容置槽(3)，两个所述容置槽(3)相对开设有若干个圆柱体腔(2)，对应两个容置槽(3)的尺寸加工圆柱形的CuPb10Sn10铜合金，
步骤2：将45#钢结构件和CuPb10Sn10铜合金的表面打磨，并进行酸洗，随后进行清洗，清洗后得到预处理后的CuPb10Sn10铜合金和45#钢；
所述酸洗具体为：将45#钢结构件和CuPb10Sn10铜合金浸泡在10％的硝酸酒精溶液中进行酸洗；
步骤3：对预处理过的45#钢结构件进行6-10小时的热浸镀锡，得到镀锡后的45#钢结构件；
步骤4：将步骤2中得到的处理后的CuPb10Sn10铜合金置于步骤3得到的45#钢结构件中，得到加工件，然后将加工件放置于热压磨具，将热压磨具置入真空热压烧结炉中进行热压微区扩散成型，得到所述CuSn10Pb10/45#钢双金属；
所述热压微区扩散成型具体为：将真空烧结炉的真空度达到6.67×10-3Pa～6.67×10- 2Pa后开始加热，烧结55～65min，加热温度到850～950℃后保温0.5～3h，保温过程中给其施加1～5MPa的压力，待挤压过程结束、CuSn10Pb10/45#钢完成微区扩散成型后，停止加压加热，随炉冷却后得到所述CuSn10Pb10/45#钢双金属。
2.根据权利要求1所述的一种CuSn10Pb10/45#钢双金属的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述圆柱体(1)的外径尺寸为40mm，高度为110mm，所述圆柱形的CuPb10Sn10铜合金的外径尺寸为30mm，高度为30mm。
3.根据权利要求1所述的一种CuSn10Pb10/45#钢双金属的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述清洗采用酒精清洗。
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