一種錫青銅-不銹鋼雙金屬耐磨件的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種錫青銅-不銹鋼雙金屬耐磨件的制備方法，根據(jù)所需尺寸將不銹鋼材料加工成鋼背毛坯，將加工好的鋼背毛坯放在鎂砂坩堝中，再將錫青銅放置于鎂砂坩堝中，一起放在氣氛保護(hù)高溫?zé)Y(jié)爐中進(jìn)行液固擴(kuò)散連接，最后經(jīng)過(guò)熱處理，精加工得到錫青銅-不銹鋼雙金屬耐磨件。本發(fā)明方法制備得到的雙金屬耐磨件結(jié)合界面均勻，不受界面形狀制約，同時(shí)還具有較高的結(jié)合強(qiáng)度，其界面結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)200Mpa以上，且其制備工藝簡(jiǎn)單可靠，綠色環(huán)保。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種錫青銅-不銹鋼雙金屬耐磨件的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明雙金屬材料連接【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種錫青銅-不銹鋼雙金屬耐磨件的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]錫青銅是以錫為主要合金元素的青銅，含錫量一般在3?14%之間，主要用于制作彈性元件和耐磨零件。錫青銅是鑄造收縮率最小的有色金屬合金，可用來(lái)生產(chǎn)形狀復(fù)雜、輪廓清晰、氣密性要求不高的鑄件。錫青銅在大氣、海水、淡水和蒸汽中十分耐蝕，廣泛用于蒸汽鍋爐和海船零件。含磷錫青銅具有良好的力學(xué)性能，可用作高精密工作母機(jī)的耐磨零件和彈性零件；加鋅可改善鑄造性能，含鋅錫青銅可作高氣密性鑄件；錫青銅中加鉛可改善可切削性和耐磨性，減磨性能和耐蝕性，易切削加工，釬焊和焊接性能好，收縮系數(shù)小，無(wú)磁性，含鉛錫青銅常用作耐磨零件和滑動(dòng)軸承。目前，可用線(xiàn)材火焰噴涂和電弧噴涂制備錫青銅襯套、軸套、抗磁元件等涂層，但這些方法制備的零件中，錫青銅與鋼背材料為機(jī)械結(jié)合，兩者之間的結(jié)合強(qiáng)度低，在受到重載荷作用下錫青銅耐磨層易脫落。
[0003]不銹鋼除了具有良好的耐蝕性外，還具有比較高的強(qiáng)度、良好的韌性和塑性，適用于航空、航海等領(lǐng)域的某些零部件。如果將錫青銅與不銹鋼兩種材料通過(guò)液固擴(kuò)散方法連接在一起，制備錫青銅-不銹鋼雙金屬?gòu)?fù)合材料，較高強(qiáng)度的不銹鋼可以起到鋼背的作用，彌補(bǔ)錫青銅強(qiáng)度較低的不足之處，這樣錫青銅可以充分起到良好的耐磨性，這種復(fù)合材料除能發(fā)揮兩種材料各自的性能優(yōu)點(diǎn)外還具有較高的結(jié)合強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能一體化，適用于高壓、高載荷、耐腐蝕的環(huán)境中,承載大型零件的摩擦磨損作用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種錫青銅-不銹鋼雙金屬耐磨件的制備方法，保證錫青銅與不鎊鋼之間有較聞的結(jié)合強(qiáng)度，綜合性能提聞。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種錫青銅-不銹鋼雙金屬耐磨件的制備方法，根據(jù)所需尺寸將不銹鋼材料加工成鋼背毛坯，將加工好的鋼背毛坯放在鎂砂坩堝中，再將錫青銅放置于鎂砂坩堝中，一起放在氣氛保護(hù)高溫?zé)Y(jié)爐中進(jìn)行液固擴(kuò)散連接，最后經(jīng)過(guò)退火熱處理、精加工得到錫青銅-不銹鋼雙金屬耐磨件。
[0006]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0007]液固擴(kuò)散連接的具體操作為:首先對(duì)氣氛保護(hù)高溫?zé)Y(jié)爐充入還原性氣體H2,當(dāng)氣體純度達(dá)到95vol %以上后，開(kāi)始加熱30?50min至溫度達(dá)到550?800°C保溫45?80min，利用還原性氣體仏除去不銹鋼表面鈍化層Cr2O3 -FeO ;然后，再加熱20?40min，溫度達(dá)到950?1200°C，保溫I?3h，待錫青銅熔液完全將不銹鋼浸潤(rùn)，并在不銹鋼表面充分地進(jìn)行液固擴(kuò)散后冷卻。
[0008]退火熱處理的溫度為300?400°C、時(shí)間為50?80min。
[0009]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明錫青銅-不銹鋼雙金屬耐磨件的制備方法，在液固擴(kuò)散連接時(shí)利用還原性氣體H2作為還原劑，在高溫下與不銹鋼表面鈍化層中的Cr2O3.FeO進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，打破鈍化層的阻隔，使得錫青銅中的元素在高溫下向不銹鋼表層深部擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)錫青銅與不銹鋼之間冶金結(jié)合，本發(fā)明方法制備得到的雙金屬耐磨件結(jié)合界面均勻，不受界面形狀制約，同時(shí)還具有較高的結(jié)合強(qiáng)度，其界面結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)200Mpa以上，且其制備工藝簡(jiǎn)單可靠，綠色環(huán)保。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為實(shí)施例1制備的錫青銅QSn7-0.2/不銹鋼lCrl8Ni9Ti雙金屬耐磨件界面過(guò)渡區(qū)組織圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0012]本發(fā)明錫青銅-不銹鋼雙金屬耐磨件的制備方法，根據(jù)所需尺寸將不銹鋼材料加工成鋼背毛坯，將加工好的鋼背毛坯放在鎂砂坩堝中，再將錫青銅放置于鎂砂坩堝中，一起放在氣氛保護(hù)高溫?zé)Y(jié)爐中進(jìn)行液固擴(kuò)散連接，最后經(jīng)過(guò)熱處理，精加工得到錫青銅-不銹鋼雙金屬耐磨件。
[0013]具體按照以下步驟實(shí)施:
[0014]步驟1，根據(jù)所需尺寸將不銹鋼材料加工成鋼背毛坯；
[0015]步驟2，將步驟I加工成的鋼背毛坯放在鎂砂坩堝中，再將錫青銅放置于鎂砂坩堝中，一起放在氣氛保護(hù)高溫?zé)Y(jié)爐中，首先對(duì)氣氛保護(hù)高溫?zé)Y(jié)爐充入還原性氣體H2,當(dāng)氣體純度達(dá)到95vol %以上后，開(kāi)始加熱30?50min至溫度達(dá)到550?800°C保溫45?80min，利用還原性氣體仏除去不銹鋼表面鈍化層Cr2O3 -FeO ;然后，再加熱20?40min，溫度達(dá)到950?1200°C，保溫I?3h，待錫青銅熔液完全將不銹鋼浸潤(rùn)，并在不銹鋼表面充分地進(jìn)行液固擴(kuò)散后冷卻，得到錫青銅-不銹鋼雙金屬?gòu)?fù)合材料；
[0016]步驟4，將步驟3得到的錫青銅-不銹鋼雙金屬?gòu)?fù)合材料經(jīng)過(guò)退火熱處理，溫度為300?400°C、時(shí)間為50?80min，消除界面應(yīng)力，提高綜合力學(xué)性能，最后精加工，得到錫青銅-不銹鋼雙金屬耐磨件。
[0017]本發(fā)明錫青銅-不銹鋼雙金屬耐磨件的制備方法，在液固擴(kuò)散連接時(shí)利用還原性氣體H2作為還原劑，在高溫下與不銹鋼表面鈍化層中的Cr2O3.FeO進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，打破鈍化層的阻隔，使得錫青銅中的元素在高溫下向不銹鋼表層深部擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)錫青銅與不銹鋼之間冶金結(jié)合，本發(fā)明方法制備得到的雙金屬耐磨件結(jié)合界面均勻，不受界面形狀制約，同時(shí)還具有較高的結(jié)合強(qiáng)度，其界面結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)200Mpa以上，且其制備工藝簡(jiǎn)單可靠，綠色環(huán)保。
[0018]實(shí)施例1
[0019]制備錫青銅QSn7-0.2/不銹鋼lCrl8Ni9Ti雙金屬耐磨件，將不銹鋼lCrl8Ni9Ti機(jī)械加工尺寸為(R30/50) X20mm/2鋼背毛坯，同時(shí)，準(zhǔn)備重量為IKg的錫青銅QSn7_0.2材料；
[0020]將不銹鋼lCrl8Ni9Ti鋼背毛坯和錫青銅QSn7_0.2材料放在內(nèi)徑為Φ52X40mm
的鎂砂坩堝中，并置于氣氛保護(hù)高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)，對(duì)高溫?zé)Y(jié)爐充入還原性氣氛H2,當(dāng)燒結(jié)爐內(nèi)氣體純度95vol %以上后，開(kāi)始加熱30min，溫度達(dá)到550°C保溫80min，利用還原性氣氛H2除去不銹鋼表面鈍化層Cr2O3.FeO ;然后，再加熱40min，溫度達(dá)到1200°C，保溫lh，待錫青銅QSn7-0.2熔液完全將不銹鋼lCrl8Ni9Ti浸潤(rùn)，并在不銹鋼lCrl8Ni9Ti表面充分地進(jìn)行液固擴(kuò)散后冷卻，獲得錫青銅QSn7-0.2/不銹鋼lCrl8Ni9Ti雙金屬?gòu)?fù)合材料，將其在箱式熱處理爐內(nèi)加熱到350°C保溫80min進(jìn)行去應(yīng)力，最后，精加工獲得錫青銅QSn7_0.2/不銹鋼lCrl8Ni9Ti雙金屬耐磨件，界面結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)280MPa。
[0021]實(shí)施例2
[0022]制備錫青銅QSn4-3/不銹鋼0Crl7Nil4Mo2雙金屬耐磨件，將不銹鋼0Crl7Nil4Mo2機(jī)械加工尺寸為(R30/50) X20mm/2鋼背毛坯，同時(shí)，準(zhǔn)備重量為IKg的錫青銅QSn4_3材料；
[0023]將不銹鋼0Crl7Nil4Mo2鋼背毛坯和錫青銅QSn4_3材料放在內(nèi)徑為Φ52X40mm的鎂砂坩堝中，并置于氣氛保護(hù)高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)，對(duì)高溫?zé)Y(jié)爐充入還原性氣氛H2,當(dāng)燒結(jié)爐內(nèi)氣體純度95vol %以上后，開(kāi)始加熱45min，溫度達(dá)到700°C保溫60min，利用還原性氣氛H2除去不銹鋼表面鈍化層Cr2O3.FeO ;然后，再加熱30min，溫度達(dá)到950°C，保溫2h，待錫青銅QSn4-3熔液完全將不銹鋼0Crl7Nil4Mo2浸潤(rùn)，并在不銹鋼0Crl7Nil4Mo2表面充分地進(jìn)行液固擴(kuò)散后冷卻，獲得錫青銅QSn4-3/不銹鋼0Crl7Nil4Mo2雙金屬?gòu)?fù)合材料，將其在箱式熱處理爐內(nèi)加熱到300°C保溫60min進(jìn)行去應(yīng)力，精加工獲得錫青銅QSn4_3/不銹鋼0Crl7Nil4Mo2雙金屬耐磨件，界面結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)270MPa。。
[0024]實(shí)施例3
[0025]制備錫青銅ZQSn5Pb5Zn5/不銹鋼0Cr25Ni20雙金屬耐磨件，將不銹鋼0Crl7Nil4Mo2機(jī)械加工尺寸為(R30/50) X 20mm/2鋼背毛坯，同時(shí)，準(zhǔn)備重量為IKg的錫青銅 ZQSn5Pb5Zn5 材料；
[0026]將不銹鋼OCr 17Ni 14Mo2鋼背毛坯和錫青銅ZQSn5Pb5Zn5材料放在熱作內(nèi)徑為Φ52Χ40πιπι的鎂砂坩堝中，并置于氣氛保護(hù)高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)，對(duì)高溫?zé)Y(jié)爐充入還原性氣氛H2,當(dāng)燒結(jié)爐內(nèi)氣體純度達(dá)到95vol%以上后，開(kāi)始加熱50min，溫度達(dá)到800°C保溫45min，利用還原性氣氛H2除去不銹鋼表面鈍化層Cr2O3.FeO ;然后，再加熱20min，溫度達(dá)到1050°C，保溫3h，待錫青銅ZQSn5Pb5Zn5熔液完全將不銹鋼0Crl7Nil4Mo2浸潤(rùn)，并在不銹鋼0Crl7Nil4Mo2表面充分地進(jìn)行液固擴(kuò)散后冷卻，獲得錫青銅ZQSn5Pb5Zn5/不銹鋼0Crl7Nil4Mo2雙金屬?gòu)?fù)合材料，將其在箱式熱處理爐內(nèi)加熱到400°C保溫50min進(jìn)行去應(yīng)力，精加工獲得錫青銅ZQSn5Pb5Zn5/不銹鋼0Cr25Ni20雙金屬耐磨件，界面結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)230MPa。
[0027]圖1為實(shí)施例1制備的錫青銅QSn7_0.2/不銹鋼lCrl8Ni9Ti雙金屬耐磨件界面過(guò)渡區(qū)組織，圖1中I區(qū)為不銹鋼ICrlSN1Ti組織、2區(qū)結(jié)合層組織、3區(qū)為錫青銅QSn7_0.2組織，結(jié)合界面組織分別與不銹鋼和錫青銅進(jìn)行了冶金結(jié)合，因此，得到了較高的界面結(jié)合強(qiáng)度。
【權(quán)利要求】
1.一種錫青銅-不銹鋼雙金屬耐磨件的制備方法，其特征在于，根據(jù)所需尺寸將不銹鋼材料加工成鋼背毛坯，將加工好的鋼背毛坯放在鎂砂坩堝中，再將錫青銅放置于鎂砂坩堝中，一起放在氣氛保護(hù)高溫?zé)Y(jié)爐中進(jìn)行液固擴(kuò)散連接，最后經(jīng)過(guò)退火熱處理，精加工得到錫青銅-不銹鋼雙金屬耐磨件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錫青銅-不銹鋼雙金屬耐磨件的制備方法，其特征在于，液固擴(kuò)散連接的具體操作為:首先對(duì)氣氛保護(hù)高溫?zé)Y(jié)爐充入還原性氣體H2,當(dāng)氣體純度達(dá)到95vol %以上后，開(kāi)始加熱30?50min至溫度達(dá)到550?800°C保溫45?80min，利用還原性氣體H2除去不銹鋼表面鈍化層Cr2O3 -FeO ;然后，再加熱20?40min，溫度達(dá)到950?1200°C，保溫I?3h，待錫青銅熔液完全將不銹鋼浸潤(rùn)，并在不銹鋼表面充分地進(jìn)行液固擴(kuò)散后冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的錫青銅-不銹鋼雙金屬耐磨件的制備方法，其特征在于，退火熱處理的溫度為300?400°C、時(shí)間為50?80min。
【文檔編號(hào)】C21D1/26GK104259434SQ201410471572
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】鄒軍濤, 梁淑華, 楊曉紅, 王獻(xiàn)輝, 肖鵬, 楊鑫 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)