一种实现铁件表面覆盖铜的工艺的制作方法

本发明属于铁件表面处理的技术领域，具体涉及一种实现铁件表面覆盖铜的工艺。

背景技术：

工业生产中为了得到基材较好的物理性质、较优的耐腐蚀性等，经常会在一种基材上覆盖上另一种材质的金属镀层，从而改变基材表面性质或者尺寸，例如赋予金属光泽美观、物品的防锈、防止磨耗、提高导电性、润滑性、强度、耐热性、耐候性、热处理之防止渗碳、氮化、尺寸错误等。现有的铁件表面覆盖铜材的方法主要有：(一)铁件镶嵌焊接铜件；(二)铁件表面镀铜。

铁件镶嵌焊接铜件技术，主要是通过火焰焊接实现的，即平常说的气焊；铜铁气焊时第一要素是选用适合的焊料；第二要素就是助焊剂的应用；第三要素就是铜铁之间的配合间隙。根据焊接不同的材料、不同的管径，要对所需的焊枪大小和火焰温度的高低作相应的调整；根据焊接母材和焊料的不同，选用不同的配合间隙对钎焊接头的严密性及强度影响很大。具体操作步骤如下：(1)在预焊接的铜件2上设计出第一接合部；(2)在预焊接的铁件1上设计出匹配结合铜件上第一接合部的第二接合部；(3)在第一接合部和第二接合部之间接合位处放入焊料3；(4)加入助焊剂进行钎焊。焊接结构如图1所示，现有常用的火焰钎焊技术缺点如下：

(1)由于铜管的线膨胀系数和收缩率比钢板大，再加上铜的导热能力强，焊接热影响区宽，因此在焊缝处存在很大的内应力，而火焰钎焊又容易造成加热不均匀，所以容易产生裂纹；

(2)在钎焊焊缝中由于钎料过热，间隙不均也容易使焊料或者母材中析出气体，造成气孔；

(3)铜件和铁件都要进行复杂的加工才能配合在一起；

(4)成本高，需要消耗较多的铜材，经济效益差。

另一种比较常用的方法是铁件表面镀铜，而最常见的就是电镀。分为碱性镀铜和酸性镀铜两种方法。(1)通常为了获得较薄的细致光滑的铜镀层，将表面除去油锈的钢铁等制件作阴极，纯铜板作阳极，挂于含有氰化亚铜、氰化钠和碳酸钠等成分的碱性电镀液中，进行碱性(氰化物)镀铜。(2)为了获得较厚的铜镀层，必须先将镀件进行碱性镀铜，再置于含有硫酸铜、硫酸镍和硫酸等成分的电解液中，进行酸性镀铜。(3)此外，还有焦磷酸盐、酒石酸盐、乙二胺等配制的无氰电解液。目前采用的电镀很多都是氰化物电镀，氰化物有剧毒，对人体和环境都是一大危害，电镀产生的废水废气的都是严重污染环境的；电镀可能由于基材处理不当，会加快腐蚀，这就会和保护金属的抗腐蚀产生反作用；增加硬度方面，如果电镀处理不当，会产生氢脆，反而是硬度降低。

技术实现要素：

为解决现有技术两种方法中的缺陷，本发明提供了一种实现铁件表面覆盖铜的工艺，该工艺既解决了现有技术的成本高、加工复杂和产生气孔、裂纹等缺陷，又可以解决对环境和人体的重污染问题。

本发明提供了一种实现铁件表面覆盖铜的工艺，该工艺包括以下步骤：

(1)将基材铁件进行除油除锈处理；

(2)在铁件口部卡入比铁件熔点低的焊料，焊料环的材质为紫铜或紫铜合金；

(3)将上步卡入焊料环的铁件在加热炉内加热，加热至1080-1100℃之间，焊料环融化成液态并在铁件表面毛细填充覆盖；保温后，冷却出炉。

本发明工艺利用铁的熔点比紫铜或紫铜合金的熔点大，加热至焊料环的熔点1080-1100℃时，铜材质的焊料环融化，在铁件表面进行毛细填充，形成一层保护层，从而实现铁件表面覆盖铜。

进一步的，步骤(1)中，铁件依次放入第一除油槽、第二除油槽、第一漂洗槽、除锈槽、第二漂洗槽、第一防锈槽、第二防锈槽进行除油除锈处理，最后经烘干炉烘干。

进一步的，步骤(2)中，焊料环的外径与铁件的口部内径大小一致或焊料环的内径与铁件的口部外径大小一致。焊环料一般为圆柱环状，直径为0.2-0.8mm，焊料环的直径视铁件口部直径大小而定，以能够卡紧在口部不脱落为佳。

进一步的，步骤(2)中，紫铜合金为紫铜与锡、锌、铅、镍中的至少一种的合金。

进一步的，步骤(3)中，加热炉为真空炉、隧道炉或钎焊炉或其他防氧化的电加热设备。

进一步的，步骤(3)中，加热炉内充入氮气或氩气。在炉中的加热、保温等过程必须充入惰性气体进行保护，避免部件被空气氧化。

进一步的，步骤(3)中，覆盖的厚度为0.02-0.30mm，具体厚度视实际需要而定。

进一步的，保温的温度为900-1080℃，时间为5-20min。

本发明的有益效果：本发明工艺解决了现有技术中实现铁件表面覆盖铜的工艺所产生的裂纹、气孔等技术上的难题；且简化了工序，无需对铜件和铁件进行接合部的另外加工；节省了铜材，降低了生产成本；操作简单、加快了生产节拍，提高了生产效益。

附图说明

图1为现有技术铁件镶嵌焊接铜件工艺中焊接结构图；

图2为本发明工艺中铁件和焊料环的一种接合结构图；

图3为与图2对应的焊料环融化后的状态图；

图4为本发明工艺中铁件和焊料环的另一种接合结构图；

图5为与图4对应的焊料环融化后的状态图；

1、铁件；2、铜件；3、焊料；4、焊料环；5、融化层。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明的工艺进行详细的解释和说明。

实施例：本发明的实现铁件表面覆盖铜的工艺包括以下步骤：

(1)将基材铁件1进行除油除锈处理；铁件1依次放入第一除油槽、第二除油槽、第一漂洗槽、除锈槽、第二漂洗槽、第一防锈槽、第二防锈槽进行除油除锈处理，最后经烘干炉烘干；各槽设置的参数如表1所示：

表1各槽参数表

(2)在铁件1口径上卡入比铁件熔点低的焊料环4，焊料环4的材质为紫铜或紫铜合金；紫铜合金为紫铜与锡、锌、铅、镍中的至少一种的合金。紫铜或紫铜合金材质的焊料环4的熔点在1080-1100℃，铁件1的熔点在1534℃。焊料环4的外径与铁件1的口部内径大小一致(如图2所示)，或焊料环4的内径与铁件1的口部外径大小一致(如图4所示)；或焊料环4的外径稍大于铁件1的口部内径，铁件1的口部外径大小稍大于焊料环4的内径；焊料环4的直径视铁件1的口部直径大小而定，一般以能够卡紧在口部不脱落为佳。焊料环一般为圆柱体，也可视情况设计为其他形状，并弯曲加工为圆环状。

(3)将上步卡入焊料环4的铁件1在加热炉内加热，例如真空炉、隧道炉、钎焊炉或其他防氧化的电加热设备；加热至焊料环的熔点1080-1100℃，焊料环融化成液态并在铁件表面毛细填充覆盖；保温后，冷却出炉。

焊料环4的熔点在1080-1100℃，加热至1080-1100℃时，焊料环4融化成液态并在铁件1表面形成融化层5(如图3、5所示)。在900-1080℃温度下，保温5-20min，保温的温度为略低于焊料环熔点；整个在炉内的过程必须充入惰性气体进行保护，可选择氮气、氩气，以避免部件被空气氧化。

所有物品表面都不是绝对光滑的，必然存在凹凸不平，粒子与粒子之间有吸附势能，对低相对压力下的吸附质分子就具有相当强的捕捉能力。这种由于微孔内相对孔壁吸附势的重叠，而引起的很低相对压力下的促进吸附机制称为毛细填充。毛细填充是取决于吸附分子与表面之间增强的势能作用的微观现象，发生在微孔内，相对压力很低的情况下。

在一定的加热温度和时间的前提下，焊料环4融化并在铁件1表面进行毛细填充，形成一层保护层，多余的铜材会在自身重力作用下继续往下流，后续加工时再把多余的铜材移除，或增加。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。