一种铝青铜-不锈钢双金属复合材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种铝青铜-不锈钢双金属复合材料的制备方法，首先将酸洗过的不锈钢经过表面沉积处理，然后将表面沉积处理过的不锈钢放置于刚玉坩埚中，再将铝青铜置于不锈钢之上，将刚玉坩埚放在真空烧结炉中进行熔浸处理，即得到铝青铜-不锈钢双金属复合材料。本发明铝青铜-不锈钢双金属复合材料的制备方法，利用铝青铜与不锈钢在熔点上的差别，保证高温条件下铝青铜熔化，不锈钢保持固态，经过液固扩散，实现两者冶金结合，形成的双金属复合材料除了具有铝青铜和不锈钢的各自优越性能外，同时还具有较高的结合强度，其界面结合强度可达600Mpa以上。
【专利说明】一种铝青铜-不锈钢双金属复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于复合材料制备【技术领域】，具体涉及一种铝青铜-不锈钢双金属复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]铝青铜是一种综合性能良好的铜合金，尤其具有优异耐磨、耐腐蚀性能，广泛应用于制造各种高载荷耐磨零件，如齿轮、轴承、圆盘、导向摇臂衬套、飞轮、固定螺帽、接管嘴等。但是，在提高铝青铜合金强度、硬度和耐磨性的同时，其延伸率、塑性及冲击韧性将会却比较低，因此，不能单独作为工程结构件在高强度、高抗疲劳的环境下进行使用。
[0003]不锈钢除了具有优良的耐腐蚀能力外，还具有比较高的强度、良好的韧性和塑性等优点，适用于机械工业、航空、航海等领域的高载荷零部件，若将铝青铜与不锈钢两种异质材料通过特种材料成型的方法连接在一起，制备成一种综合性能优良的铝青铜-不锈钢双金属异质复合材料，将会协同发挥这两种材料各自的性能优点，实现结构-功能一体化，其作为高强度减摩、耐磨及耐腐蚀材料得到广泛应用，在高压强液压系统和高耐磨轴衬方面也有广泛的应用前景。
[0004]20世纪80年代以来，我国先后用粉末冶金方法、离心铸造方法等制造复合减摩材料轴承、铜基合金-钢背双金属轴套和铝合金-钢背双金属轴瓦，如今双金属材料应用领域已经十分广阔，但双金属之间的界面结合强度低(小于300MPa)，所以双金属之间可靠的稳定连接技术还在不断摸索过程中。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种铝青铜-不锈钢双金属复合材料的制备方法，解决现有方法制备得到的双金属复合材料界面结合强度低的问题。
[0006]本发明所采用的技术方案是，一种铝青铜-不锈钢双金属复合材料的制备方法，首先将酸洗过的不锈钢经过表面沉积处理，然后将表面沉积处理过的不锈钢放置于刚玉坩埚中，再将铝青铜置于不锈钢之上，将刚玉坩埚放在真空烧结炉中进行熔浸处理，即得到铝青铜-不锈钢双金属复合材料。
[0007]本发明的特点还在于，
[0008]不锈钢的酸洗过程为:将不锈钢浸泡在10%硝酸酒精进行酸洗，酸洗I?3min，再用酒精清洗后保存在煤油中备用。
[0009]表面沉积处理的具体过程为:用酒精冲洗不锈钢表面油溃，随后放入物理气相沉积炉中抽真空，当真空度达到6.67X KT2Pa后，对不锈钢表面沉积CuNi材料10?30min。
[0010]熔浸处理的具体过程为:熔浸处理过程在ZRS-18Q型微机程控真空高温烧结炉中完成，为了防止界面上出现氧化物，首先对ZRS-18Q型微机程控真空高温烧结炉抽真空，当烧结炉内真空度达到3.0X KT3Pa?9.0X KT3Pa后开始加热烧结40?80min，加热温度到1050?120(TC后保温0.5?3h，待铝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。
[0011]本发明的有益效果是，本发明铝青铜-不锈钢双金属复合材料的制备方法，在不锈钢表面物理沉积适当厚度的CuNi (10-30)材料，防止不锈钢表面钝化层的二次产生，还有利于其向铝青铜和不锈钢两侧扩散；利用铝青铜与不锈钢在熔点上的差别，保证高温条件下铝青铜熔化，不锈钢保持固态，经过液固扩散，实现两者冶金结合，形成的双金属复合材料除了具有铝青铜和不锈钢的各自优越性能外，同时还具有较高的结合强度，其界面结合强度可达600Mpa以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是实施例2制备铝青铜/不锈钢双金属复合材料界面结合区组织。
[0013]图中，I为不锈钢lCrl8Ni9Ti组织，2结合界面组织，3为铝青铜QA19-4组织。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0015]本发明铝青铜-不锈钢双金属复合材料的制备方法，首先将酸洗过的不锈钢经过表面沉积处理，然后将表面沉积处理过的不锈钢放置于刚玉坩埚中，再将铝青铜置于不锈钢之上，将刚玉坩埚刚在真空烧结炉中进行熔浸处理，即得到铝青铜-不锈钢双金属复合材料。
[0016]具体按照以下步骤实施:
[0017]步骤I，不锈钢酸洗
[0018]根据所需尺寸加工不锈钢原材料，加工完后将不锈钢浸泡在10%硝酸酒精进行酸洗，酸洗I?3min，再用酒精清洗后保存在煤油中备用；
[0019]步骤2，不锈钢表面沉积处理
[0020]将步骤I处理的不锈钢用酒精冲洗表面油溃，随后放入物理气相沉积炉中抽真空，当真空度达到6.67X KT2Pa后，对不锈钢表面沉积CuNi材料(CuNi (10-30)材料中与不锈钢中Ni的比例接近1:1，有利于扩散连接)10?30min ；
[0021]步骤3，熔浸处理
[0022]将步骤2处理过的不锈钢放置于刚玉坩埚中，再将铝青铜置于不锈钢之上，将刚玉坩埚放在ZRS-18Q型微机程控真空高温烧结炉中进行熔浸处理，为了防止界面上出现氧化物，首先对ZRS-18Q型微机程控真空高温烧结炉抽真空，当烧结炉内真空度达到3.0X1’a?9.0X 10_3Pa后开始加热烧结40?80min，加热温度到1050?1200。。后保温0.5?3h，待铝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，即得。
[0023]CuNi (10-30)材料作为不锈钢表面沉积材料，其中的Ni元素含量与不锈钢中的Ni含量接近，在制备铝青铜/不锈钢双金属复合材料时，有利于向铝青铜和不锈钢两侧扩散，实现铝青铜与不锈钢之间冶金结合。
[0024]本发明铝青铜-不锈钢双金属复合材料的制备方法，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600Mpa以上，其制备工艺简单可靠，绿色环保。
[0025]实施例1
[0026]制备铝青铜QA19-4/不锈钢lCrl8Ni9Ti双金属复合材料，将不锈钢lCrl8Ni9Ti机械加工尺寸为Φ30ι?πιΧ50πιπι圆柱体，同时，准备尺寸大小为C>30mmX60mm的招青铜QA19-4 材料；
[0027]将不锈钢0Crl8Ni9Ti浸泡在10%硝酸酒精进行酸洗，酸洗lmin，再用酒精清洗后保存在煤油中备用；
[0028]将酸洗的不锈钢lCrl8Ni9Ti用酒精冲洗表面油溃，随后放入物理气相沉积炉中抽真空，当真空度达到6.67 X KT2Pa后，对不锈钢lCrl8Ni9Ti表面沉积CuNi 10材料15min ；
[0029]将表面沉积处理过的不锈钢lCrl8Ni9Ti放置于刚玉坩埚中，再将铝青铜QA19-4材料放在不锈钢lCrl8Ni9Ti之上，将刚玉坩埚ZRS-18Q型微机程控真空高温烧结炉内，对ZRS-18Q型微机程控真空高温烧结炉抽真空，当烧结炉内真空度达到3.0X10_3Pa后开始加热烧结40min，加热温度到1080°C，保温0.5小时，待铝青铜QA19-4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，得到铝青铜QA19-4/不锈钢lCrl8Ni9Ti双金属复合材料，界面结合强度可达650MPa。
[0030]实施例2
[0031]制备铝青铜QAl 10-3-1.5/不锈钢0Crl7Nil4Mo2双金属复合材料，将不锈钢0Crl7Nil4Mo2机械加工尺寸为C>30mmX50mm圆柱体，同时,准备尺寸大小为C>30mmX60mm的铝青铜QAl 10-3-1.5材料；
[0032]将不锈钢0Crl7Nil4Mo2浸泡在10%硝酸酒精进行酸洗，酸洗2min，再用酒精清洗后保存在煤油中备用；
[0033]将酸洗的不锈钢0Crl7Nil4Mo2用酒精冲洗表面油溃，随后放入物理气相沉积炉中抽真空，当真空度达到6.67X KT2Pa后，对不锈钢0Crl7Nil4Mo2表面沉积CuNil5材料20min ；
[0034]将表面沉积处理过的不锈钢OCr 17Ni 14Mo2放置于刚玉坩埚中，再将铝青铜QAl 10-3-1.5材料放在不锈钢0Crl7Nil4Mo2之上，将刚玉坩埚ZRS-18Q型微机程控真空高温烧结炉内，对ZRS-18Q型微机程控真空高温烧结炉抽真空，当烧结炉内真空度达到9.0X KT3Pa后开始加热烧结40min，加热温度到1120°C，保温1.5h，待铝青铜QAl 10-3-1.5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，得到铝青铜QA110-3-1.5/不锈钢0Crl7Nil4Mo2双金属复合材料，铝青铜QAl 10-3-1.5与不锈钢0Crl7Nil4Mo2的界面结合强度可达680MPa。
[0035]实施例3
[0036]制备铝青铜QAl 10-4-4/不锈钢0Cr25Ni20双金属复合材料，将不锈钢0Cr25Ni20机械加工尺寸为Φ30ι?πιΧ50πιπι圆柱体，同时，准备尺寸大小为C>30mmX60mm的招青铜QAl 10-4-4 材料；
[0037]将不锈钢0Cr25Ni20浸泡在10 %硝酸酒精进行酸洗，酸洗3min，再用酒精清洗后保存在煤油中备用；
[0038]将酸洗的不锈钢0Cr25Ni20用酒精冲洗表面油溃，随后放入物理气相沉积炉中抽真空，当真空度达到6.67 X KT2Pa后，对不锈钢0Cr25Ni20表面沉积CuNi20材料25min ；
[0039]将表面沉积处理过的不锈钢0Cr25Ni20放置于刚玉坩埚中，再将铝青铜QAl 10-4-4材料放在不锈钢0Cr25Ni20之上，将刚玉坩埚ZRS-18Q型微机程控真空高温烧结炉内，对ZRS-18Q型微机程控真空高温烧结炉抽真空，当烧结炉内真空度达到6.0X 10_3Pa后开始加热烧结80min，加热温度到1180°C，保温lh，待铝青铜QA110-4-4熔液完全将不锈钢0Cr25Ni20浸润，并在不锈钢0Cr25Ni20表面充分地进行液固扩散后冷却，得到铝青铜QAl 10-4-4/不锈钢0Cr25Ni20双金属复合材料，其界面结合强度可达720MPa。。
[0040]图1为实施例1制备的铝青铜QA19-4/不锈钢lCrl8Ni9Ti双金属复合材料的界面过渡区组织，图1中I为不锈钢lCrl8Ni9Ti组织、2结合界面组织、3为铝青铜QA19-4组织，结合界面组织分别与不锈钢和铝青铜进行了冶金结合，因此，得到了较高的界面结合强度。
[0041]实施例4
[0042]制备铝青铜QA19-4/不锈钢lCrl8Ni9Ti双金属复合材料，将不锈钢lCrl8Ni9Ti机械加工尺寸为Φ30ι?πιΧ50πιπι圆柱体，同时，准备尺寸大小为C>30mmX60mm的招青铜QA19-4 材料；
[0043]将不锈钢0Crl8Ni9Ti浸泡在10%硝酸酒精进行酸洗，酸洗3min，再用酒精清洗后保存在煤油中备用；
[0044]将酸洗的不锈钢lCrl8Ni9Ti用酒精冲洗表面油溃，随后放入物理气相沉积炉中抽真空，当真空度达到6.67 X KT2Pa后，对不锈钢lCrl8Ni9Ti表面沉积CuNi 10材料1min ；
[0045]将表面沉积处理过的不锈钢lCrl8Ni9Ti放置于刚玉坩埚中，再将铝青铜QA19-4材料放在不锈钢lCrl8Ni9Ti之上，将刚玉坩埚ZRS-18Q型微机程控真空高温烧结炉内，对ZRS-18Q型微机程控真空高温烧结炉抽真空，当烧结炉内真空度达到5.0X 10_3Pa后开始加热烧结50min，加热温度到1200°C，保温2小时，待铝青铜QA19-4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，得到铝青铜QA19-4/不锈钢lCrl8Ni9Ti双金属复合材料，结合强度可达700MPa。
[0046]实施例5
[0047]制备铝青铜QAl 10-3-1.5/不锈钢0Crl7Nil4Mo2双金属复合材料，将不锈钢0Crl7Nil4Mo2机械加工尺寸为C>30mmX50mm圆柱体，同时,准备尺寸大小为C>30mmX60mm的铝青铜QAl 10-3-1.5材料；
[0048]将不锈钢0Crl7Nil4Mo2浸泡在10%硝酸酒精进行酸洗，酸洗2min，再用酒精清洗后保存在煤油中备用；
[0049]将酸洗的不锈钢0Crl7Nil4Mo2用酒精冲洗表面油溃，随后放入物理气相沉积炉中抽真空，当真空度达到6.67X KT2Pa后，对不锈钢0Crl7Nil4Mo2表面沉积CuNil5材料30min ；
[0050]将表面沉积处理过的不锈钢OCr 17Ni 14Mo2放置于刚玉坩埚中，再将铝青铜QAl 10-3-1.5材料放在不锈钢0Crl7Nil4Mo2之上，将刚玉坩埚ZRS-18Q型微机程控真空高温烧结炉内，对ZRS-18Q型微机程控真空高温烧结炉抽真空，当烧结炉内真空度达到8.0X 10_3Pa后开始加热烧结60min，加热温度到1050°C，保温3h，待铝青铜QAl 10-3-1.5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，得到铝青铜QAl 10-3-1.5/不锈钢0Crl7Nil4Mo2双金属复合材料。
【权利要求】
1.一种铝青铜-不锈钢双金属复合材料的制备方法，其特征在于，首先将酸洗过的不锈钢经过表面沉积处理，然后将表面沉积处理过的不锈钢放置于刚玉坩埚中，再将铝青铜置于不锈钢之上，将刚玉坩埚放在真空烧结炉中进行熔浸处理，即得到铝青铜-不锈钢双金属复合材料。
2.根据权利要求1所述的铝青铜-不锈钢双金属复合材料的制备方法，其特征在于，不锈钢的酸洗过程为:将不锈钢浸泡在10%硝酸酒精进行酸洗，酸洗1?3min，再用酒精清洗后保存在煤油中备用。
3.根据权利要求1或2所述的铝青铜-不锈钢双金属复合材料的制备方法，其特征在于，表面沉积处理的具体过程为:用酒精冲洗不锈钢表面油溃，随后放入物理气相沉积炉中抽真空，当真空度达到6.67X 10_2Pa后，对不锈钢表面沉积CuNi材料10?30min。
4.根据权利要求1所述的铝青铜-不锈钢双金属复合材料的制备方法，其特征在于，熔浸处理的具体过程为:熔浸处理过程在ZRS-18Q型微机程控真空高温烧结炉中完成，为了防止界面上出现氧化物，首先对ZRS-18Q型微机程控真空高温烧结炉抽真空，当烧结炉内真空度达到3.0X 10_3Pa?9.0X 10_3Pa后开始加热烧结40?80min，加热温度到1050?1200°C后保温0.5?3h，待铝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。
【文档编号】B22D23/04GK104259439SQ201410472280
【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