一种锡青铜-不锈钢双金属耐磨件的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种锡青铜-不锈钢双金属耐磨件的制备方法，根据所需尺寸将不锈钢材料加工成钢背毛坯，将加工好的钢背毛坯放在镁砂坩埚中，再将锡青铜放置于镁砂坩埚中，一起放在气氛保护高温烧结炉中进行液固扩散连接，最后经过热处理，精加工得到锡青铜-不锈钢双金属耐磨件。本发明方法制备得到的双金属耐磨件结合界面均匀，不受界面形状制约，同时还具有较高的结合强度，其界面结合强度可达200Mpa以上，且其制备工艺简单可靠，绿色环保。
【专利说明】一种锡青铜-不锈钢双金属耐磨件的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明双金属材料连接【技术领域】，具体涉及一种锡青铜-不锈钢双金属耐磨件的制备方法。
【背景技术】
[0002]锡青铜是以锡为主要合金元素的青铜，含锡量一般在3?14%之间，主要用于制作弹性元件和耐磨零件。锡青铜是铸造收缩率最小的有色金属合金，可用来生产形状复杂、轮廓清晰、气密性要求不高的铸件。锡青铜在大气、海水、淡水和蒸汽中十分耐蚀，广泛用于蒸汽锅炉和海船零件。含磷锡青铜具有良好的力学性能，可用作高精密工作母机的耐磨零件和弹性零件；加锌可改善铸造性能，含锌锡青铜可作高气密性铸件；锡青铜中加铅可改善可切削性和耐磨性，减磨性能和耐蚀性，易切削加工，钎焊和焊接性能好，收缩系数小，无磁性，含铅锡青铜常用作耐磨零件和滑动轴承。目前，可用线材火焰喷涂和电弧喷涂制备锡青铜衬套、轴套、抗磁元件等涂层，但这些方法制备的零件中，锡青铜与钢背材料为机械结合，两者之间的结合强度低，在受到重载荷作用下锡青铜耐磨层易脱落。
[0003]不锈钢除了具有良好的耐蚀性外，还具有比较高的强度、良好的韧性和塑性，适用于航空、航海等领域的某些零部件。如果将锡青铜与不锈钢两种材料通过液固扩散方法连接在一起，制备锡青铜-不锈钢双金属复合材料，较高强度的不锈钢可以起到钢背的作用，弥补锡青铜强度较低的不足之处，这样锡青铜可以充分起到良好的耐磨性，这种复合材料除能发挥两种材料各自的性能优点外还具有较高的结合强度，可实现结构功能一体化，适用于高压、高载荷、耐腐蚀的环境中,承载大型零件的摩擦磨损作用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种锡青铜-不锈钢双金属耐磨件的制备方法，保证锡青铜与不镑钢之间有较闻的结合强度，综合性能提闻。
[0005]本发明所采用的技术方案是，一种锡青铜-不锈钢双金属耐磨件的制备方法，根据所需尺寸将不锈钢材料加工成钢背毛坯，将加工好的钢背毛坯放在镁砂坩埚中，再将锡青铜放置于镁砂坩埚中，一起放在气氛保护高温烧结炉中进行液固扩散连接，最后经过退火热处理、精加工得到锡青铜-不锈钢双金属耐磨件。
[0006]本发明的特点还在于，
[0007]液固扩散连接的具体操作为:首先对气氛保护高温烧结炉充入还原性气体H2,当气体纯度达到95vol %以上后，开始加热30?50min至温度达到550?800°C保温45?80min，利用还原性气体仏除去不锈钢表面钝化层Cr2O3 -FeO ;然后，再加热20?40min，温度达到950?1200°C，保温I?3h，待锡青铜熔液完全将不锈钢浸润，并在不锈钢表面充分地进行液固扩散后冷却。
[0008]退火热处理的温度为300?400°C、时间为50?80min。
[0009]本发明的有益效果是，本发明锡青铜-不锈钢双金属耐磨件的制备方法，在液固扩散连接时利用还原性气体H2作为还原剂，在高温下与不锈钢表面钝化层中的Cr2O3.FeO进行化学反应，打破钝化层的阻隔，使得锡青铜中的元素在高温下向不锈钢表层深部扩散，实现锡青铜与不锈钢之间冶金结合，本发明方法制备得到的双金属耐磨件结合界面均匀，不受界面形状制约，同时还具有较高的结合强度，其界面结合强度可达200Mpa以上，且其制备工艺简单可靠，绿色环保。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为实施例1制备的锡青铜QSn7-0.2/不锈钢lCrl8Ni9Ti双金属耐磨件界面过渡区组织图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0012]本发明锡青铜-不锈钢双金属耐磨件的制备方法，根据所需尺寸将不锈钢材料加工成钢背毛坯，将加工好的钢背毛坯放在镁砂坩埚中，再将锡青铜放置于镁砂坩埚中，一起放在气氛保护高温烧结炉中进行液固扩散连接，最后经过热处理，精加工得到锡青铜-不锈钢双金属耐磨件。
[0013]具体按照以下步骤实施:
[0014]步骤1，根据所需尺寸将不锈钢材料加工成钢背毛坯；
[0015]步骤2，将步骤I加工成的钢背毛坯放在镁砂坩埚中，再将锡青铜放置于镁砂坩埚中，一起放在气氛保护高温烧结炉中，首先对气氛保护高温烧结炉充入还原性气体H2,当气体纯度达到95vol %以上后，开始加热30?50min至温度达到550?800°C保温45?80min，利用还原性气体仏除去不锈钢表面钝化层Cr2O3 -FeO ;然后，再加热20?40min，温度达到950?1200°C，保温I?3h，待锡青铜熔液完全将不锈钢浸润，并在不锈钢表面充分地进行液固扩散后冷却，得到锡青铜-不锈钢双金属复合材料；
[0016]步骤4，将步骤3得到的锡青铜-不锈钢双金属复合材料经过退火热处理，温度为300?400°C、时间为50?80min，消除界面应力，提高综合力学性能，最后精加工，得到锡青铜-不锈钢双金属耐磨件。
[0017]本发明锡青铜-不锈钢双金属耐磨件的制备方法，在液固扩散连接时利用还原性气体H2作为还原剂，在高温下与不锈钢表面钝化层中的Cr2O3.FeO进行化学反应，打破钝化层的阻隔，使得锡青铜中的元素在高温下向不锈钢表层深部扩散，实现锡青铜与不锈钢之间冶金结合，本发明方法制备得到的双金属耐磨件结合界面均匀，不受界面形状制约，同时还具有较高的结合强度，其界面结合强度可达200Mpa以上，且其制备工艺简单可靠，绿色环保。
[0018]实施例1
[0019]制备锡青铜QSn7-0.2/不锈钢lCrl8Ni9Ti双金属耐磨件，将不锈钢lCrl8Ni9Ti机械加工尺寸为(R30/50) X20mm/2钢背毛坯，同时，准备重量为IKg的锡青铜QSn7_0.2材料；
[0020]将不锈钢lCrl8Ni9Ti钢背毛坯和锡青铜QSn7_0.2材料放在内径为Φ52X40mm
的镁砂坩埚中，并置于气氛保护高温烧结炉内，对高温烧结炉充入还原性气氛H2,当烧结炉内气体纯度95vol %以上后，开始加热30min，温度达到550°C保温80min，利用还原性气氛H2除去不锈钢表面钝化层Cr2O3.FeO ;然后，再加热40min，温度达到1200°C，保温lh，待锡青铜QSn7-0.2熔液完全将不锈钢lCrl8Ni9Ti浸润，并在不锈钢lCrl8Ni9Ti表面充分地进行液固扩散后冷却，获得锡青铜QSn7-0.2/不锈钢lCrl8Ni9Ti双金属复合材料，将其在箱式热处理炉内加热到350°C保温80min进行去应力，最后，精加工获得锡青铜QSn7_0.2/不锈钢lCrl8Ni9Ti双金属耐磨件，界面结合强度可达280MPa。
[0021]实施例2
[0022]制备锡青铜QSn4-3/不锈钢0Crl7Nil4Mo2双金属耐磨件，将不锈钢0Crl7Nil4Mo2机械加工尺寸为(R30/50) X20mm/2钢背毛坯，同时，准备重量为IKg的锡青铜QSn4_3材料；
[0023]将不锈钢0Crl7Nil4Mo2钢背毛坯和锡青铜QSn4_3材料放在内径为Φ52X40mm的镁砂坩埚中，并置于气氛保护高温烧结炉内，对高温烧结炉充入还原性气氛H2,当烧结炉内气体纯度95vol %以上后，开始加热45min，温度达到700°C保温60min，利用还原性气氛H2除去不锈钢表面钝化层Cr2O3.FeO ;然后，再加热30min，温度达到950°C，保温2h，待锡青铜QSn4-3熔液完全将不锈钢0Crl7Nil4Mo2浸润，并在不锈钢0Crl7Nil4Mo2表面充分地进行液固扩散后冷却，获得锡青铜QSn4-3/不锈钢0Crl7Nil4Mo2双金属复合材料，将其在箱式热处理炉内加热到300°C保温60min进行去应力，精加工获得锡青铜QSn4_3/不锈钢0Crl7Nil4Mo2双金属耐磨件，界面结合强度可达270MPa。。
[0024]实施例3
[0025]制备锡青铜ZQSn5Pb5Zn5/不锈钢0Cr25Ni20双金属耐磨件，将不锈钢0Crl7Nil4Mo2机械加工尺寸为(R30/50) X 20mm/2钢背毛坯，同时，准备重量为IKg的锡青铜 ZQSn5Pb5Zn5 材料；
[0026]将不锈钢OCr 17Ni 14Mo2钢背毛坯和锡青铜ZQSn5Pb5Zn5材料放在热作内径为Φ52Χ40πιπι的镁砂坩埚中，并置于气氛保护高温烧结炉内，对高温烧结炉充入还原性气氛H2,当烧结炉内气体纯度达到95vol%以上后，开始加热50min，温度达到800°C保温45min，利用还原性气氛H2除去不锈钢表面钝化层Cr2O3.FeO ;然后，再加热20min，温度达到1050°C，保温3h，待锡青铜ZQSn5Pb5Zn5熔液完全将不锈钢0Crl7Nil4Mo2浸润，并在不锈钢0Crl7Nil4Mo2表面充分地进行液固扩散后冷却，获得锡青铜ZQSn5Pb5Zn5/不锈钢0Crl7Nil4Mo2双金属复合材料，将其在箱式热处理炉内加热到400°C保温50min进行去应力，精加工获得锡青铜ZQSn5Pb5Zn5/不锈钢0Cr25Ni20双金属耐磨件，界面结合强度可达230MPa。
[0027]图1为实施例1制备的锡青铜QSn7_0.2/不锈钢lCrl8Ni9Ti双金属耐磨件界面过渡区组织，图1中I区为不锈钢ICrlSN1Ti组织、2区结合层组织、3区为锡青铜QSn7_0.2组织，结合界面组织分别与不锈钢和锡青铜进行了冶金结合，因此，得到了较高的界面结合强度。
【权利要求】
1.一种锡青铜-不锈钢双金属耐磨件的制备方法，其特征在于，根据所需尺寸将不锈钢材料加工成钢背毛坯，将加工好的钢背毛坯放在镁砂坩埚中，再将锡青铜放置于镁砂坩埚中，一起放在气氛保护高温烧结炉中进行液固扩散连接，最后经过退火热处理，精加工得到锡青铜-不锈钢双金属耐磨件。
2.根据权利要求1所述的锡青铜-不锈钢双金属耐磨件的制备方法，其特征在于，液固扩散连接的具体操作为:首先对气氛保护高温烧结炉充入还原性气体H2,当气体纯度达到95vol %以上后，开始加热30?50min至温度达到550?800°C保温45?80min，利用还原性气体H2除去不锈钢表面钝化层Cr2O3 -FeO ;然后，再加热20?40min，温度达到950?1200°C，保温I?3h，待锡青铜熔液完全将不锈钢浸润，并在不锈钢表面充分地进行液固扩散后冷却。
3.根据权利要求1或2所述的锡青铜-不锈钢双金属耐磨件的制备方法，其特征在于，退火热处理的温度为300?400°C、时间为50?80min。
【文档编号】C21D1/26GK104259434SQ201410471572
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2014年9月16日
【发明者】邹军涛, 梁淑华, 杨晓红, 王献辉, 肖鹏, 杨鑫 申请人:西安理工大学