一种CuSn10Pb10/45#钢双金属的制备方法与流程

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。

技术实现要素：

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。