CN115558887B - 一种铜钢复合套筒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种铜钢复合套筒以及制备方法，包括作为外圈的钢基套层和作为内圈的铜合金套层，以及在外圈和内圈中间的铜铁共渗套层；其中：铜铁共渗套层是钢基体套层与铜合金套层在共渗剂的作用下形成；所述共渗剂按照质量百分比，由以下组分组成：CeCl2 5~10%，NaF 5~8%，尿素3~5%，聚乙烯醇2~3%，余量为水。所述的铜合金套餐原料按照质量百分比，由以下组分组成：Al 8~10%、Fe 2~4%、Sn 3~5%、Ni 2~3%，余量为铜。本申请通过在铁基套层上制备了一层共渗剂，通过共渗剂的作用，使得钢基套层和铜合金套层之间发生共渗形成铜铁合金共渗层，铜铁合金共渗层在钢基套层和铜合金套层之间起到了很好的连接作用，从而提升了两者之间的结合力。
Description
技术领域
本申请涉及合金材料的技术领域，尤其是涉及一种铜钢复合套筒及其制备方法。
背景技术
复合套筒一般由钢基体和基体内层铜合金组成；主要是因为钢基体具有高强度和高的承载能力，但抗咬合和耐磨性差，因而需要在套筒内层制备一层具有高强度和高耐磨性的铜合金，从而提升套筒的综合性能，延长套筒的使用寿命。
目前,铜钢复合套筒的制备方法，基本是在钢制套筒的内侧壁上浇铸铜合金层，但是浇铸过程中，由于受温度、时间、浇铸时铜表面的氧化化用以及两种材料冷却收缩率不同，钢基体与铜层之间会发生脱层现象，导致复合套筒的可靠性下降，使用寿命降低。为了提高钢基体与铜层的结合力，主要采用的方法是增加钢基体在结合面的粗糙度（例如开设卡槽、卡孔），这样的方式虽然可以增加结合面的结合强度，但是使用较久之后，会很大强度上降低套筒的承载力。制备内层铜合金，主要是将铜合金组分按照比例熔融后进行浇铸，这样制备的铜合金虽然具有较好的强度和耐磨性，但是随着应用领域的变化，对套筒的性能要求也是更高，因而进一步提升铜合金层的强度和耐磨性也是十分必要的。
发明内容
为了进一步提高钢基体和铜合金层的结合力，本申请提供一种铜钢复合套筒及其制备方法。
第一个方法，本申请提供的一种铜钢复合套筒，采用如下的技术方案：
一种铜钢复合套筒，包括作为外圈的钢基套层和作为内圈的铜合金套层，以及在外圈和内圈中间的铜铁共渗套层
其中：铜铁共渗套层是钢基体套层与铜合金套层在共渗剂的作用下形成；
所述共渗剂按照质量百分比，由以下组分组成：CeCl2 5~10%，NaF 5~8%，尿素 3~5%，聚乙烯醇 2~3%，余量为水；
所述的铜合金套餐原料按照质量百分比，由以下组分组成：Al 8~10%、Fe 2~4%、Sn3~5%、 Ni 2~3%，余量为铜。
通过采用上述技术方案，本申请中通过在钢基套层上涂覆一层共渗剂，在浇铸完铜合金套层溶液后，进行共渗处理，在共渗剂的作用下，铜合金套层和钢基套层之间发生共渗从而形成铜铁共渗套层，铜铁共渗套层可以形成一个过渡层，从而增大铜基体和铜合金之间的结合力。
本申请中的共渗剂中NaF可以活化钢基套层的内表面，提高钢基表面与铜合金液的反应活性；CeCl2在高温下可以与钢基表面作用，生成元素Ce，Ce元素可以引导铜合金渗入到钢基套层中；钢基中的Fe与Ce反应后，形成铁盐，也会渗入的铜合金中，更有利于共渗层的形成；尿素主要是为了增大钢基表面各元素之间的间隙，从而可以使Cu元素渗入到钢基结构中；聚乙烯醇主要是为了使渗透剂可以粘附于钢基套层内表面上，其在共渗过程中会发生碳化，因而在共渗层中引入碳元素，增强共渗层的强度。
第二个方面，本申请提供的一种铜钢复合套筒的制备方法，采用如下的技术方案：
一种铜钢复合套筒的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照比例配置共渗液，接着将钢基体套层内表面进行预处理，预处理完毕后，在钢基套层内表面上涂覆一层共渗液，烘干后，得到含共渗液层钢基套层；
S2、按照Cu 和Al的比例制备铜铝合金粉末，接着将铜铝合金粉末进行内氧化，内氧化完毕后；向混合粉末中加入碳粉，混合均匀后，通入氢气，进行还原处理，得到Cu-Al混粉；向Cu-Al混粉中按照比例加入Fe、Sn、Ni进行熔炼，得到铜合金熔液；
S3、将步骤S1中含共渗液层钢基套层进行热处理后，通过离心浇铸，在钢基套层的内表面上浇铸一层步骤S2中的铜合金熔液；浇铸完成后，得到初级复合材料；
S4、将初级复合材料进行加热，并在铜合金层上施加压力，进行压力熔渗，熔渗完毕后，得到初级铜钢复合套筒；
S5、将步骤S4中的初级铜钢复合进行碳氮共渗，共渗完毕后，进行精加工，得到铜钢复合套筒。
通过采用上述技术方案，本申请中在制备铜合金熔液，首先将铜和铝进行了内氧化处理，然后进行还原处理，主要是为了对铜合金进行弥散增强，因而可以使铜合金具有高强度和较好的抗高温软化性能，同时在铜合金中引入了氧化铝，其具有更高的耐磨性，因而可以增大铜合金的耐磨性能。在本申请中对初级复合材料进行了熔渗处理，可以是铜合金与钢基体之间发生加压熔渗，可以形成铜铁共渗层，从而更好的提高钢基体套层和铜合金套层的结合能力。在本申请中对初级铜钢复合套筒的铜合金套层内表面进行了碳氮共渗处理，碳氮共渗处理可以提高钢基套层机体的强度，也可以提升铜合金套层的耐磨性，从而延长复合套筒的使用寿命。
作为优选，所述步骤S1中，预处理包括酸洗、碱洗、打磨和水洗，除去钢基体内壁的污垢和氧化皮；共渗剂的涂覆厚度为0.5~1mm，烘干温度为50~60℃。
通过采用上述技术方案，对钢基套层内表层进行预处理可以是钢基体表层更好的与共渗剂层结合；共渗剂的厚度不宜过厚，过厚会在基体中引入过量杂质，影响套筒的性能；过薄共渗剂含量较少，共渗效果会较差。
作为优选，所述步骤S2中，内氧化温度为300~400℃，内氧化至Cu-Al合金粉末增重的质量百分比为1~3%，碳粉的添加量为Cu-Al合金粉末质量的0.5~2.0％；还原处理温度为800~900℃，还原处理时间为5~6h，还原过程中需要通入氢气。
通过采用上述技术方案，通过控制内氧化和还原处理的条件，可以控制Cu-Al合金粉末中氧化物的含量，从而更好的实现铜合金组分的弥散增强作用，达到提升铜合金层强度的作用。如果氧化物含量过高，会破坏铜合金原有的结构，从而影响铜合金的强度；如果氧化物含量过低，则起不到弥散增强的作用，对铜合金性能的提升有限。
作为优选，所述步骤S2中，熔炼温度为1200~1300℃，熔炼时间为1~2h。
作为优选，所述步骤S3中，热处理温度为900~1000℃，并保温10~15min；将钢基套层套筒卡在离心机上，离心浇铸过程中，离心机在开机启动后控制在 2 秒钟内提速至规定速度；控制钢基体套筒外径的线速度为 1000~1150m/s；铜合金层浇铸厚度为3~5mm，浇铸过程中，向钢基体外层喷水。
通过采用上述技术方案，通过控制离心浇铸的工艺，可以在钢基体内表层制备出均匀的铜合金层，保证套筒的均匀性。
作为优选，所述步骤S4中，加热温度为700~800℃，压力为30~50MPa,熔渗处理时间为30~40min。
通过采用上述技术方案，通过控制共渗的工艺参数，可以使铜合金层套层与钢基套层形成较深的共渗层，从而提升钢基体与铜合金层的结合力。
作为优选，所述步骤S5中，碳氮共渗的具体处理步骤为：强渗过程：温度800~850℃范围，碳势和氮势采取三级，具体为：碳势0.8~1.1%，氮势0.4-0.6%，保温2~3h，然后降低碳势至0.5~0.7%，升高氮势至0.7~0.9%，保温2~3h，再降低碳势至0.3~0.4%，升高氮势至1.0~1.2%，保温4~5h；强渗后进行扩散，扩散过程：控制炉温度降至750℃，保温2~3h，降温至650℃，保温4~5h，扩散过程碳势控制在0.5~0.7%之间，氮势控制在0.7~0.9%之间；空冷至室温；碳氮共渗后将套筒升温至600~650℃，升温速率180~220℃/小时，保温5~7h，之后水冷淬火，再次加热坯体至在450~550℃保温2~3h，出炉空冷至室温；坯体放入液氮中深冷处理8~12min，在空气中回升到室温。
通过采用上述技术方案，通过对初级套筒进行强渗+扩散的处理方式，可以进一步增加钢基套层的强度和承载能力，也可以进一步增加铜合金套层的耐磨性；而且碳氮共渗过程中的产生压力，可以进一步强化铜合金和钢基的共渗层，从而进一步提升两者之间的结合力。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请通过在铁基套层上制备了一层共渗剂，通过共渗剂的作用，使得钢基套层和铜合金套层之间发生共渗形成铜铁合金共渗层，铜铁合金共渗层在钢基套层和铜合金套层之间起到了很好的连接作用，从而提升了两者之间的结合力。
2.在本申请中的制备过程中，铜合金采用的是弥散增强的铜合金，并在铜合金内部引入了氧化铝，不仅可以提升铜合金的强度，而且可以进一步替身铜合金的耐磨性能。
3.在本申请中的制备过程中，对套筒进一步进行了碳氮共渗，可以进一步增加钢基套层的强度和承载能力，以及铜合金表面的耐磨性，可以从整体上提升其铜钢套筒的综合性能。
附图说明
图1是本申请中铜钢套筒的结构示意图。
1、钢基套层；2、铜合金套层；3、铜铁共渗层。
具体实施方式
本申请中铜钢套筒的结构示意图，如图1所示，包括有钢基体套层、铜合金套层以及铜铁共渗层；具体的制备方法，可见实施例。
实施例1
钢基体套层采用45#钢制备而成。
1）配置共渗液:按照质量百分浓度为:CeCl26%，NaF 6%，尿素 4%，聚乙烯醇 2%，水82%，进行配料，首先将CeCl2、NaF和尿素溶解于水溶液中，接着向其中加入聚乙烯醇，加热至95℃，搅拌至完全溶解后，冷却静止3h，得到共渗液。
2）将钢基体套层的内表面先进行酸洗、碱洗、抛光和水洗后，晾干，接着在钢基体套层的内表面涂覆一层0.6mm后的共渗液，加热至50℃烘干后，得到含有共渗液层的铜基体套层；
3）铜合金中各原料的组分配比为: Al 8%、Fe 4%、Sn 3%、 Ni 2%，Cu 83%准备原料；将铜和铝按照比例进行熔融，接着进行喷雾造粒，得到Cu-Al合金粉末，将Cu-Al合金粉末进行内氧化，至增重1.5%，得到内氧化的Cu-Al合金粉末。将内氧化的Cu-Al合金粉末加入相对其质量0.5%的碳粉，混合均匀后，加热至850℃，通入氢气进行还原处理5h，得到弥散增强的Cu-Al合金粉末。将弥散增强的Cu-Al合金粉末与Fe、Sn和Ni混合后，在1250℃进行熔炼1.5h，得到铜合金溶液。
4）含有共渗液层的铜基体套层预热至950℃，并进行保温10min,接着将铜基体套层卡在离心机上，控制钢基体套筒外径的线速度为 1000m/s，并控制离心机在开机后2s内提速至该线速度；在钢基体套层内表面离心浇铸一层4mm的铜合金套层，浇铸过程中，向钢基体外层喷水冷却；浇铸完成后，得到初级复合材料。
5）将步骤4）中的初级复合材料加热至750℃，并在铜合金套层内表面施加50MPa压力，进行压力熔渗40min，得到初级铜钢复合套筒。
6）将步骤5）中的初级合金套筒进行加热至800℃，进行碳氮共渗，具体工艺参数为：强渗，碳势和氮势采用三级：碳势1.0%，氮势0.5%，保温2h，然后降低碳势至0.7%，升高氮势至0.8%，保温2h，再降低碳势至0.4%，升高氮势至1.1%，保温4h。强渗后进行扩散，扩散过程：控制炉温度降至750℃，保温2~3h，降温至650℃，保温4h，扩散过程碳势控制在0.5%，氮势控制在0.8%；空冷至室温。碳氮共渗后将套筒升温至600℃，升温速率200℃/h，保温6h，之后水冷淬火，再次加热坯体至在500℃保温3h，出炉空冷至室温；坯体放入液氮中深冷处理10min，在空气中回升到室温，最后对铜钢复合套筒进行精加工，得到钢复合套筒。
实施例2
与实施例1基本相同，区别点在于，共渗剂的组成为：CeCl2 8%，NaF 6%，尿素 5%，聚乙烯醇2.5%，水 78.5%；在钢基套层上的涂覆厚度为0.8mm。
实施例3
与实施例1基本相同，区别点在于，共渗剂的组成为：CeCl2 5%，NaF 8%，尿素 5%，聚乙烯醇3%，水79%；在钢基套层上的涂覆厚度为0.5mm。
实施例4
与实施例1基本相同，区别点在于，共渗剂的组成为：CeCl2 10%，NaF 5%，尿素 5%，聚乙烯醇3%，水 77%，在钢基套层上的涂覆厚度为1.0mm。
对比例1
与实施例2基本一致，区别点在于，不配置共渗剂，也不涂覆共渗剂层。
对比例2
与实施例2基本一致，区别点在于，不进行步骤5）的共渗步骤。
实施例5
与实施例2基本一致，区别点在于，步骤3）中区别不同：铜合金中各原料的组分配比为: Al 8%、Fe 4%、Sn 3%、 Ni 2%，Cu 83%准备原料；将5中原料混合后，在1250℃进行熔炼1.5h，得到铜合金溶液。
实施例6
与实施例2基本一致，区别点在于，不进行步骤6）中的碳氮共渗。
实施例7
钢基体套层采用45#钢制备而成。
1）配置共渗液:按照质量百分浓度为: CeCl2 8%，NaF 6%，尿素 5%，聚乙烯醇2.5%，水 78.5%。进行配料，首先将CeCl2、NaF和尿素溶解于水溶液中，接着向其中加入聚乙烯醇，加热至95℃，搅拌至完全溶解后，冷却静止3h，得到共渗液。
2）将钢基体套层的内表面先进行酸洗、碱洗、抛光和水洗后，晾干，接着在钢基体套层的内表面涂覆一层0.8mm后的共渗液，加热至60℃烘干后，得到含有共渗液层的铜基体套层；
3）铜合金中各原料的组分配比为: Al 9%、Fe 2%、Sn 5%、 Ni 3%，Cu 81%准备原料；将铜和铝按照比例进行熔融，接着进行喷雾造粒，得到Cu-Al合金粉末，将Cu-Al合金粉末进行内氧化，至增重2%，得到内氧化的Cu-Al合金粉末。将内氧化的Cu-Al合金粉末加入相对其质量1.0%的碳粉，混合均匀后，加热至900℃，通入氢气进行还原处理6h，得到弥散增强的Cu-Al合金粉末。将弥散增强的Cu-Al合金粉末与Fe、Sn和Ni混合后，在1200℃进行熔炼2h，得到铜合金溶液。
4）含有共渗液层的铜基体套层预热至900℃，并进行保温15min,接着将铜基体套层卡在离心机上，控制钢基体套筒外径的线速度为 1100m/s，并控制离心机在开机后2s内提速至该线速度；在钢基体套层内表面离心浇铸一层5mm的铜合金套层，浇铸过程中，向钢基体外层喷水冷却；浇铸完成后，得到初级复合材料。
5）将步骤4）中的初级复合材料加热至800℃，并在铜合金套层内表面施加40MPa压力，进行压力熔渗30min，得到初级铜钢复合套筒。
6）将步骤5）中的初级合金套筒进行加热至850℃，进行碳氮共渗，具体工艺参数为：强渗，碳势和氮势采用三级：碳势0.9%，氮势0.4%，保温3h，然后降低碳势至0.6%，升高氮势至0.7%，保温3h，再降低碳势至0.3%，升高氮势至1.0%，保温5h。强渗后进行扩散，扩散过程：控制炉温度降至750℃，保温2h，降温至650℃，保温4h，扩散过程碳势控制在0.6%，氮势控制在0.9%；空冷至室温。碳氮共渗后将套筒升温至650℃，升温速率180℃/h，保温6h，之后水冷淬火，再次加热坯体至在550℃保温3h，出炉空冷至室温；坯体放入液氮中深冷处理8min，在空气中回升到室温，最后对铜钢复合套筒进行精加工，得到钢复合套筒。
实施例8
钢基体套层采用45#钢制备而成。
1）配置共渗液:按照质量百分浓度为: CeCl2 8%，NaF 6%，尿素 5%，聚乙烯醇2.5%，水 78.5%。进行配料，首先将CeCl2、NaF和尿素溶解于水溶液中，接着向其中加入聚乙烯醇，加热至95℃，搅拌至完全溶解后，冷却静止3h，得到共渗液。
2）将钢基体套层的内表面先进行酸洗、碱洗、抛光和水洗后，晾干，接着在钢基体套层的内表面涂覆一层1.0mm后的共渗液，加热至60℃烘干后，得到含有共渗液层的铜基体套层；
3）铜合金中各原料的组分配比为: Al 10%、Fe 4%、Sn 3%、 Ni 3%，Cu 80%准备原料；将铜和铝按照比例进行熔融，接着进行喷雾造粒，得到Cu-Al合金粉末，将Cu-Al合金粉末进行内氧化，至增重3%，得到内氧化的Cu-Al合金粉末。将内氧化的Cu-Al合金粉末加入相对其质量1.0%的碳粉，混合均匀后，加热至800℃，通入氢气进行还原处理6h，得到弥散增强的Cu-Al合金粉末。将弥散增强的Cu-Al合金粉末与Fe、Sn和Ni混合后，在1300℃进行熔炼1h，得到铜合金溶液。
4）含有共渗液层的铜基体套层预热至950℃，并进行保温10min,接着将铜基体套层卡在离心机上，控制钢基体套筒外径的线速度为1150m/s，并控制离心机在开机后2s内提速至该线速度；在钢基体套层内表面离心浇铸一层4mm的铜合金套层，浇铸过程中，向钢基体外层喷水冷却；浇铸完成后，得到初级复合材料。
5）将步骤4）中的初级复合材料加热至800℃，并在铜合金套层内表面施加30MPa压力，进行压力熔渗40min，得到初级铜钢复合套筒。
6）将步骤5）中的初级合金套筒进行加热至850℃，进行碳氮共渗，具体工艺参数为：强渗，碳势和氮势采用三级：碳势0.8%，氮势0.6%，保温3h，然后降低碳势至0.5%，升高氮势至0.9%，保温3h，再降低碳势至0.3%，升高氮势至1.2%，保温5h。强渗后进行扩散，扩散过程：控制炉温度降至750℃，保温2h，降温至650℃，保温4h，扩散过程碳势控制在0.7%，氮势控制在0.8%；空冷至室温。碳氮共渗后将套筒升温至600℃，升温速率220℃/h，保温5h，之后水冷淬火，再次加热坯体至在450℃保温3h，出炉空冷至室温；坯体放入液氮中深冷处理12min，在空气中回升到室温，最后对铜钢复合套筒进行精加工，得到铜钢复合套筒。
将实施例1~8以及对比例1~2中的铜钢复合套筒进行以下性能测试：
采用环块摩擦磨损试验（测试套筒的铜合金套层），标准为GB/T12444-2006《金属材料磨损试验方法试环-试块滑动磨损试验》，加载力为20Kg，转速为400r/min，滴油润滑，滴油量每分钟10-12滴。同一组别的实施例做6次重复试验，每次试验时长120min，从10min开始记录数值，分别每隔10min记录一次，试验结果取平均值，保留三位有效数字。
铜合金层套层硬度检测采用标准GB/T 231 .1-2018《金属材料布氏硬度试验第1部分:试验方法》，每个实施例制备3个试样，每个试样选取6个点进行检测。
铜合金套层与钢基套层之间的界面结合强度测试采用标准YS/T485-2005《烧结双金属材料剪切强度的测定方法》，每个实施例制备6个试样，试验后取平均值，按照四舍五入保留三位有效数字，试验结果见表1。
从表1中的数据可以看出：
实施例1~4中主要是改变共渗剂层的组成和厚度，其摩擦系数、铜合金层的硬度以及剪切强度会在一定范围内有所浮动，但是从整体上保持在一个可控的范围内，且综合性能相较而言比较优越，从综合性能上来看，实施例2中的综合性能是最优的。
实施例2与对比例1相比，没有引入共渗剂，其摩擦系数改变不大，但是其铜合金层硬度以及剪切强度出现明显的下降，可能是因为没有共渗剂的存在，其压力熔渗过程中的熔渗效果不佳，因而铜合金套层的硬度下降，且铜合金套层与钢基套层的结合力下降。
实施例2与对比例2相比，没有进行压力熔渗步骤，其摩擦系数改变不大，但是其铜合金层硬度以及剪切强度出现明显的下降，可能是因为没有进行压力熔渗，铜合金套层与钢基套层之间的熔渗深度不够，因而铜合金套层的硬度下降，且铜合金套层与钢基套层的结合力下降。
实施例2与实施例5相比，没有将铜合金进行弥散，其剪切强度改变不是很大，但是其摩擦系数增大明显，铜合金层硬度出现明显下降；这可能是因为没有进行弥散增强，因而硬度和耐磨性出现下降。
实施例2与实施例6相比，没有进行碳氮共渗，摩擦系数、硬度和剪切强度，都出现小幅度的变差，说明碳氮共渗可以增强套筒的综合性能、
实施例7和8主要是进一步调整铜合金层的比例，以及其他的工艺参数，从性能上来看，都维持在比较好的范围内，说明本申请中的方法可以大幅度提升铜钢复合套筒的综合性能。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种铜钢复合套筒，其特征在于，包括作为外圈的钢基套层和作为内圈的铜合金套层，以及在外圈和内圈中间的铜铁共渗套层
其中：铜铁共渗套层是钢基体套层与铜合金套层在共渗剂的作用下形成；
所述共渗剂按照质量百分比，由以下组分组成：CeCl2 5～10％，NaF 5～8％，尿素3～5％，聚乙烯醇2～3％，余量为水；
所述的铜合金套层原料按照质量百分比，由以下组分组成：Al 8～10％、Fe 2～4％、Sn3～5％、Ni 2～3％，余量为铜。
2.一种根据权利要求1所述的铜钢复合套筒的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照比例配置共渗液，接着将钢基套层内表面进行预处理，预处理完毕后，在钢基套层内表面上涂覆一层共渗液，烘干后，得到含共渗液层钢基套层；
S2、按照Cu和Al的比例制备铜铝合金粉末，接着将铜铝合金粉末进行内氧化，内氧化完毕后；向混合粉末中加入碳粉，混合均匀后，通入氢气，进行还原处理，得到Cu-Al混粉；向Cu-Al混粉中按照比例加入Fe、Sn、Ni进行熔炼，得到铜合金熔液；
S3、将步骤S1中含共渗液层钢基套层进行热处理后，通过离心浇铸，在钢基套层的内表面上浇铸一层步骤S2中的铜合金熔液；浇铸完成后，得到初级复合材料；
S4、将初级复合材料进行加热，并在铜合金层上施加压力，进行压力熔渗，熔渗完毕后，得到初级铜钢复合套筒；
S5、将步骤S4中的初级铜钢复合进行碳氮共渗，共渗完毕后，进行精加工，得到铜钢复合套筒。
3.根据权利要求2所述的铜钢复合套筒的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，预处理包括酸洗、碱洗、打磨和水洗，除去钢基套层内表面的污垢和氧化皮；共渗剂的涂覆厚度为0.5～1mm，烘干温度为50～60℃。
4.根据权利要求2所述的铜钢复合套筒的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，内氧化温度为300～400℃，内氧化至Cu-Al合金粉末增重的质量百分比为1～3％，碳粉的添加量为Cu-Al合金粉末质量的0.5～2.0％；还原处理温度为800～900℃，还原处理时间为5～6h，还原过程中需要通入氢气。
5.根据权利要求2所述的铜钢复合套筒的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，熔炼温度为1200～1300℃，熔炼时间为1～2h。
6.根据权利要求2所述的铜钢复合套筒的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，热处理温度为900～1000℃，并保温10～15min；将钢基套层套筒卡在离心机上，离心浇铸过程中，离心机在开机启动后控制在2秒钟内提速至规定速度；控制钢基套层套筒外径的线速度为1000～1150m/s；铜合金套层浇铸厚度为3～5mm，浇铸过程中，向钢基套层外层喷水。
7.根据权利要求2所述的铜钢复合套筒的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，加热温度为700～800℃，压力为30～50MPa,熔渗处理时间为30～40min。
8.根据权利要求2所述的铜钢复合套筒的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，碳氮共渗的具体处理步骤为：强渗过程：温度800～850℃范围，碳势和氮势采取三级，具体为：碳势0.8～1.1％，氮势0.4-0.6％，保温2～3h，然后降低碳势至0.5～0.7％，升高氮势至0.7～0.9％，保温2～3h，再降低碳势至0.3～0.4％，升高氮势至1.0～1.2％，保温4～5h；强渗后进行扩散，扩散过程：控制炉温度降至750℃，保温2～3h，降温至650℃，保温4～5h，扩散过程碳势控制在0.5～0.7％之间，氮势控制在0.7～0.9％之间；空冷至室温；碳氮共渗后将套筒升温至600～650℃，升温速率180～220℃/小时，保温5～7h，之后水冷淬火，再次加热坯体至在450～550℃保温2～3h，出炉空冷至室温；坯体放入液氮中深冷处理8～12min，在空气中回升到室温。
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