專利名稱：耐磨銅基合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐磨銅基合金。本發(fā)明的耐磨銅基合金適用于通過(guò)堆焊來(lái)改善鋁基基體的耐磨性。例如用高密度能量，如激光、等離子體、乙炔氣、和TIG(鎢-惰性氣體)焊接使該耐磨銅基合金自身堆焊在鋁基基體的表面上。
用于提高鋁基基體的耐磨性，耐熱性和耐腐蝕性的表面處理技術(shù)有許多種，所說(shuō)的表面處理技術(shù)之一就是在鋁基基體的表面上堆焊具有良好物理特性的材料。
例如，日本專利申請(qǐng)公開公報(bào)平4-297536號(hào)公開了一種技術(shù)，它是用高密度能量(例如，用激光束輻照)在鋁基基體表面上堆焊有良好耐熱性，耐磨性和耐腐蝕性的銅基合金。堆焊技術(shù)中所用的銅基合金主要由10.0～30.0wt％的Ni，2.0～15.0wt％的Fe，1.0～10.0wt％的Cr，0.5～5.0wt％的Si，2.0～15.0wt％的Co，以及Mo，W，Nb和V中選出的至少一種金屬，其含量為2.0～15.0wt％，余量為銅，和不可避免的雜質(zhì)而組成。
所說(shuō)的銅基合金的金相結(jié)構(gòu)中在α-相中分散有硬質(zhì)相。所說(shuō)的硬質(zhì)相包含硅化物硬質(zhì)顆粒，它包括從Mo，W，Nb和V中選出的至少一種金屬。例如，硅化物可以是鉬、鎢、鈮或釩的硅化物。所說(shuō)的α-相包括Cu-Ni合金。所說(shuō)的硅化物硬質(zhì)顆粒顯示出1200～1300的威氏硬度，并增強(qiáng)Cu-Ni合金構(gòu)成的α-相。因此，所說(shuō)的硅化物硬質(zhì)顆粒有助于提高銅基合金的耐磨性。而且，所說(shuō)的硅化物硬質(zhì)顆粒易于在約500℃或更高的溫度下分解，即使在低氧分壓條件下，并且易于產(chǎn)生氧化物(例如，Mo，Wo，Nb或V的氧化物)。所說(shuō)的氧化物具有低熔點(diǎn)，使得它在滑動(dòng)操作中發(fā)生熔化。因此，所說(shuō)的熔融氧化物覆蓋銅基合金表面，并防止α相基質(zhì)與配合件相接觸。結(jié)果，所說(shuō)的銅基合金在滑動(dòng)操作中表現(xiàn)出高自潤(rùn)滑特性。因此，銅基合金能改善耐磨性和耐粘附性。
然而，用激光束在鋁基基體表面上堆焊常規(guī)的銅基合金時(shí)，所獲得的堆焊層(即，焊道)易于細(xì)微地開裂。當(dāng)堆焊層在堆焊操作中固化時(shí)，由于常規(guī)銅基合金的斷裂強(qiáng)度小于剩余的抗張強(qiáng)度(或硬化-收縮應(yīng)力)，使焊道開裂。在堆焊操作中特別是，在固化中，減小硬化-收縮應(yīng)力可在某些程度上抑制焊道開裂。然而，這種措施根本不能用在常規(guī)的銅基合金上。
考慮了上述情況，提出本發(fā)明。因此本發(fā)明的目的在于提供一種高韌性的耐磨銅基合金，從而有效抑制在堆焊操作中所產(chǎn)生的焊道的開裂，特別是在固化過(guò)程中開裂。
本發(fā)明的耐磨銅基合金的第1實(shí)施方案能解決常規(guī)銅基合金的上述問(wèn)題，它包含含量為10.0～30.0wt％％的鎳(Ni)；含量為2.0～15.0wt％的鐵(Fe)；含量為2.0～15.0wt％的鈷(Co)；含量為0.5～5.0wt％的硅(Si)；
含量為1.0～10.0wt％的鉻(Cr)；含量為2.0～15.0wt％的至少一種選自Mo，Ti，Zr，Nb和V中第一種任選元素；從碳(C)和氧(O)中選出的至少一種第二任選元素；余量為銅和不可避免的雜質(zhì)；其中C的含量表示為“X”wt％，O的含量表示為“Y”wt％，并滿足公式(1)至(3)；(1)0≤“X”≤0.5；(2)0≤“Y”≤0.05，和(3)“Y”≥(-0.8)(“X”)＋0.04。
該耐磨銅基合金的第1實(shí)施方案包括控制量的C和/或O。C和/或O的作用是抑制生成的焊道在堆焊操作中開裂。
Cu-Ni基合金中，與Si一同加入Co，Mo，Ti，Zr，Nb或V，它的金相結(jié)構(gòu)是在α相基質(zhì)中分散有硬質(zhì)相。所說(shuō)的硬質(zhì)相包括硅化物(例如，Co，Mo，Ti，Zr，Nb或V的硅化物)。所說(shuō)的α相基質(zhì)包括Cu-Ni基合金。硅化物與α相基質(zhì)不能以液相相互混合，并相應(yīng)地分成兩個(gè)液相。硅化物的比重比α相基質(zhì)的比重大。例如，MoSi2的比重是9.2。WSi2的比重是19.3。而α相基質(zhì)的比重是8.9。因此，由于硅化物與α相基質(zhì)有不同的比重，在液相中硅化物聚集在下面。
然而，當(dāng)C加入到Cu-Ni基合金中時(shí)，會(huì)出現(xiàn)低比重的Mo，Ti，Zr，Nb或V的碳化物。例如，生成的碳化物是Mo2C，其比重為8.2至8.9。碳化物變成生長(zhǎng)成硬質(zhì)相的核。而且，鈷、鉬、鈦、鋯、鈮或釩的硅化物沉淀在碳化物周圍而生成高熔點(diǎn)復(fù)合組成物。因此，硅化物均勻分散，以抑制硅化物聚集在液相中。結(jié)果，在該耐磨銅基合金的第1實(shí)施方案的金相結(jié)構(gòu)中，高熔點(diǎn)復(fù)合組成物構(gòu)成的硬質(zhì)相均勻而細(xì)小地分散在Cu-Ni基合金構(gòu)成的α相基質(zhì)中。因此，第1實(shí)施方案改善了韌性，并能有效地抑制生成的焊道在堆焊操作中開裂。
第1實(shí)施方案中，當(dāng)C的含量少于0.05wt％時(shí)(即，“X”＜0.05)，復(fù)合組成物包括碳化物核和沉淀在碳化物核周圍的硅化物，不能完全抑制焊道開裂。因此，優(yōu)選的是C的含量在0.05wt％或更多(即“X”≥0.05)。注意，當(dāng)C含量在0.05wt％或更多時(shí)，即使無(wú)O存在(即“Y”＝0)，碳化物核也能充分地抑制生成的焊道開裂。當(dāng)C含量在0.5wt％或更多時(shí)(即“X”＞0.5)時(shí)，碳化物持續(xù)抑制硅化物離析，但生成的焊道中游離碳的聚集，降低韌性。因此，優(yōu)選的是C的含量為0.5wt％或更少(即“X”≤0.5)。更優(yōu)選的是C的含量為0.05～0.4wt％(即0.05≤“X”≤0.4)。
此外，在第1實(shí)施方案中，當(dāng)O存在時(shí)，在形成的堆焊層的表面上可形成SiO2保護(hù)層。SiO2保護(hù)層在固化中起退火作用。因此，有可能消除固化過(guò)程中的收縮產(chǎn)生的應(yīng)力。以有效抑制形成的焊道在堆焊操作中開裂。
第1實(shí)施方案中，當(dāng)存在極少量的O時(shí)，SiO2保護(hù)層不能充分地抑制生成的焊道開裂。注意，當(dāng)O的含量為0.04wt％或更多時(shí)(即“Y”≥0.04)，即使沒有C存在(即“X”＝0)，SiO2保護(hù)層也能充分抑制生成的焊道開裂。因此，優(yōu)選的是O的含量為0.04wt％或更多(即“Y”≥0.04)。當(dāng)存在極大量的O時(shí)，熔融層溫度急劇增大。結(jié)果，鋁基基體過(guò)量熔化，過(guò)份地被稀釋并產(chǎn)生氫氣，在生成操作中堆焊的堆焊層中產(chǎn)生大量針孔(氣體缺陷)。而且，O本身殘留在堆焊層中造成氣體缺陷。因此，優(yōu)選的是O含量為0.05wt％或更少(即“Y”≤0.05)。更優(yōu)選的是O含量為0.03～0.05wt％(即0.03≤“Y”≤0.05)。
此外在第1實(shí)施方案中，當(dāng)C含量少于0.05wt％(即O＜“X”＜0.05)時(shí)，并使O的含量調(diào)節(jié)成滿足關(guān)系式(3)(即“Y”≥(-0.8)(“X”)＋0.04)時(shí)，能適當(dāng)抑制生成的焊道開裂。該優(yōu)點(diǎn)是由于單獨(dú)的C或O較少地抑制生成的焊道開裂，但C和O能同時(shí)有效地抑制生成的焊道開裂。
本發(fā)明的耐磨銅基合金的第2實(shí)施方案能解決常規(guī)銅基合金的上述問(wèn)題，它包含含量為10.0～30.0wt％的鎳(Ni)；含量為2.0～15.0wt％的鐵(Fe)；含量為2.0～15.0wt％的鈷(Co)；含量為0.5～5.0wt％的硅(Si)；含量為1.0～10.0wt％的鉻(Cr)；至少一種選自鉬(Mo)，鈦(Ti)，鋯(Zr)，鈮(Nb)和釩(V)中的2.0至15.0wt％的第一任選元素；至少一種選自碳(C)和氧(O)中的第二任選元素；和余量的銅(Cu)以及不可避免的雜質(zhì)；其中C的含量表示為“X”wt％，O的含量表示為“Y”wt％，并滿足以下關(guān)系式(1)、(2)和(4)
(1)0≤“X”≤0.5；(2)0≤“Y”≤0.05和(3)“Y”≥(-0.6)(“X”)＋0.03和一種不可避免的雜質(zhì)鉛(Pb)，其含量在0.02wt％或更少。
該耐磨銅基合金的第二實(shí)施方案包含控制量的C和/或O。此外，存在不可避免的雜質(zhì)Pb，其控制含量為0.02wt％或更少。因此，除了第1實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)以外，第二實(shí)施方案還有下述的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)主要是由抑制量的鉛作為不可避免的雜質(zhì)而得到的。
由于得到的堆焊層的強(qiáng)度差或固化中受到過(guò)大的收縮應(yīng)力，因而堆焊層開裂。收縮應(yīng)力在堆焊層從液相轉(zhuǎn)變到固相的固化過(guò)程中隨溫度變化而變化。Pb是低熔點(diǎn)金屬，而且不溶于該耐磨銅基合金的大多數(shù)其它組成元素。例如，該耐磨銅基合金的初凝晶的第一相的熔點(diǎn)是約1400℃。而Pb的熔點(diǎn)是327℃。因此，Pb即使在堆焊操作中固化的最后階段仍保持為液相，液相與固相之間的溫差保持高達(dá)約1000℃。簡(jiǎn)言之，要用長(zhǎng)時(shí)間來(lái)使Pb完全固化。結(jié)果，易于產(chǎn)生大的收縮應(yīng)力，在Pb完全固化時(shí)易于開始開裂。因此，第二實(shí)施方案中對(duì)生成的堆焊層的抗開裂性有負(fù)作用的Pb的抑制含量為0.02％重量或更少。因此，第二實(shí)施方案的能有效地抑制生成的焊道在堆焊操作中開裂。
第二實(shí)施方案中，作為不可避免的雜質(zhì)之一的Pb的抑制含量在0.02wt％或更少。可以加大C和/或O的含量范圍。例如，與第一實(shí)施方案中C和/或O的含量相比，減小其下限含量。因此，第二實(shí)施方案仍能充分有效地抑制生成的焊道開裂。
第二實(shí)施方案中，當(dāng)C的含量小于0.05wt％(即0≤“X”≤0.05)，并調(diào)節(jié)O的含量(即“Y”)滿足下列關(guān)系式(4)(即“Y”≥(-0.6)(“X”)＋0.03)時(shí)，能充分抑制生成的焊道開裂。
注意，與第一實(shí)施方案類似，當(dāng)C含量在0.05wt％或更多時(shí)(即“X”≥0.05)，和即使無(wú)O存在(即“Y”＝0)時(shí)，第二實(shí)施方案能適當(dāng)?shù)囊种粕傻暮傅篱_裂。因此，優(yōu)選的是C的含量為0.05wt％或更多(即“X”≥0.05)。
第二實(shí)施方案中，注意，當(dāng)O含量在0.03wt％或更多時(shí)和即使不含C(即“X”＝0)時(shí)，第二實(shí)施方案能充分抑制生成的焊道的開裂。因此，優(yōu)選的是O的含量為0.03wt％或更多(即“Y”≥0.03)。注意，由于第一實(shí)施方案中提出的類似的原因，C和/或O含量的上限可分別調(diào)到0.5wt％(即“X”≤0.5)和0.05wt％(即“Y”≤0.05)。
同樣，在第二實(shí)施方案中，更優(yōu)選的是C的含量為0.05wt％至0.4wt％(即0.05≤“X”≤0.4)的范圍內(nèi)，O的含量為0.03wt％至0.05wt％的范圍內(nèi)(即0.03≤“Y”≤0.05)。
因此，第一和第二實(shí)施方案由于硅化物中有均勻分散的細(xì)復(fù)合組成物。因而能抑制硅化物在其熔融狀態(tài)中團(tuán)聚。因此，當(dāng)?shù)谝缓偷诙?shí)施方案由其熔融狀態(tài)形成粉或棒時(shí)還有下列優(yōu)點(diǎn)。
當(dāng)硅化物在制粉中團(tuán)聚時(shí)，例如，用氣流霧化工藝時(shí)，團(tuán)聚的硅化物堵塞漏斗的噴嘴。結(jié)果，在熔化操作中會(huì)出現(xiàn)有害的材料損失，或生成的粉狀組成變化很大。相反，第一和第二實(shí)施方案不存在這些問(wèn)題。甚至當(dāng)?shù)谝缓偷诙?shí)施方案由其熔融狀態(tài)形成棒時(shí)，所生成的棒的組成變化極小。
按本發(fā)明，在該耐磨銅基合金的第一和第二實(shí)施方案中有特定含量的C和/或O。因此，第一和第二實(shí)施方案能有效地抑制生成的焊道在堆焊操作中開裂。它們能用于大量制造鋁基汽缸頭(Cylinderhead)。例如，它們可用于堆焊大量制造的鋁基汽缸頭的閥座。而且，它們能改善由其熔融態(tài)制成其粉的生產(chǎn)率，并能抑制所制成的粉的成分波動(dòng)。而且，當(dāng)用其熔融態(tài)制成粉和棒時(shí)可降低生產(chǎn)成本。
以下將說(shuō)明該耐磨銅基合金的其他組成元素和如何確定它們的組分。
鎳(Ni)部分鎳溶解于Cu中，形成Cu-Ni相(即該耐磨銅基合金的基質(zhì))，另一部分鎳形成鎳硅化物，以增強(qiáng)基質(zhì)。而且，在該耐磨銅基合金中Ni必須包含增強(qiáng)耐磨性的元素Co，Mo，Ti，Zr，Nb，V，Cr或Fe。當(dāng)Ni的添加量少于10.0wt％時(shí)，生成的銅基合金與常規(guī)的Cu-Ni基合金相比不具有耐腐蝕和耐磨性，而僅僅是Co，Mo，Ti，Zr，Nb，V，Cr或Fe的含量減少。增加Ni的添加量時(shí)，生成的銅基合金易于熔化，但包含Cu溶解量降低的相。因此，生成的銅基合金喪失了其固有特性，如高熱導(dǎo)率和與適應(yīng)性(Conformability)。因此，Ni含量的上限調(diào)節(jié)到30.0wt％或更少。因此，該耐磨基合金含10.0wt％至30.0wt％的Ni，優(yōu)選的是含12.0wt％到25.0wt％的鎳。
鐵(Fe)在該耐磨銅基合金中Fe與Ni和Co有相似的溶解度，因此能取代部分Ni和Co。用Fe取代部分Ni和Co時(shí)，可用鉬鐵合金作為Mo，Ti，Zr，Nb或V的熔融材料源。因此，獲得經(jīng)濟(jì)上的價(jià)值，使生產(chǎn)成本降低?？紤]到鉬鐵合金中Fe的含量和該耐磨銅基合金中Mo，Ti，Zr，Nb或V的含量，該耐磨銅基合金包括含量為2.0～15.0wt％，優(yōu)選的是3.0wt％～10.0wt％的Fe。
鈷(Co)Co在Cu中很少溶解。然而，Co與Si，Ti，Zr，Nb，V，Cr或C一起與部分Ni合金化形成高熔點(diǎn)復(fù)合組成物，從而提高該耐磨銅基合金的耐磨性。當(dāng)添加少于2.0wt％的Co時(shí)，產(chǎn)生的不足量高熔點(diǎn)復(fù)合組成物會(huì)降低生成的銅基合金的耐磨性。Co的添加量大于15.0wt％時(shí)，生成的過(guò)量的高熔點(diǎn)復(fù)合組成物會(huì)降低所生成的銅基合金的韌性。此外，如果是這種情況由于生成的銅基合金在相圖中的液相線溫度升高，所生成的銅基合金不易制成粉。因此，該耐磨銅基合金的Co含量為2.0～15.0wt％，優(yōu)選的是2.0～10.0wt％硅(Si)Si與Ni反應(yīng)生成硅化鎳，以增強(qiáng)該耐磨銅基合金的基質(zhì)。而且，Si與Co，Mo，Ti，Zr，Nb，V，Cr或C這些提高耐磨性的元素反應(yīng)，生成高熔點(diǎn)復(fù)合組成物，由此提高該耐磨銅基合金的耐磨性。當(dāng)Si的添加量少于0.5wt％時(shí)，生成的高熔點(diǎn)復(fù)合組成物的量不足，會(huì)降低生成的銅基合金的耐磨性。Si的添加量大于5.0wt％時(shí)，以過(guò)量地生成硅化鎳和高熔點(diǎn)復(fù)合組成物，會(huì)降低生成的銅基合金的韌性。因此，該耐磨銅基合金中Si的含量為0.5～5.0wt％，優(yōu)選的是0.5～3.5wt％。
鉻(Cr)Cr在Cu中很少溶解。然而，Cr與部分Ni和/或Co合金化，改善該耐磨銅基合金的抗氧化性。而且，Cr與Si，Co，Mo，Ti，Zr，Nb，V或C一起形成高熔點(diǎn)復(fù)合組成物，由此提高該耐磨銅基合金的耐磨性。而且，借助于激光用粉末進(jìn)行堆焊操作時(shí)，Cr與O結(jié)合形成穩(wěn)定氧化膜，并提高了在用激光進(jìn)行粉末堆焊中的可焊性。當(dāng)Cr的添加量少于1.0wt％時(shí)，形成高熔點(diǎn)復(fù)合組成物的量不足，會(huì)降低了形成的銅基合金的耐磨性。當(dāng)Cr的添加量大于10.0wt％時(shí)，過(guò)量地形成高熔點(diǎn)復(fù)合組成物，會(huì)降低生成的銅基合金的韌性。此外，若是這樣，由于生成的銅基合金在相圖中的液相線溫度升高，因而生成的銅基合金不易制成粉。因此，該耐磨銅基合金中Cr含量在1.0～10.0wt％，優(yōu)選的是1.0～5.0wt％。
鉬(Mo)，鈦(Ti)，鋯(Zr)，鈮(Nb)，或釩(V)Mo，Ti，Zr，Nb或V不溶于Cu。但它們與Co和/或部分Ni合金化，提高該耐磨銅基合金的耐熱性。而且，Mo，Ti，Zr，Nb或V與Si，Co，Cr或C反應(yīng)，生成高熔點(diǎn)復(fù)合組成物。由此提高該耐磨銅基合金的耐磨性。當(dāng)至少一種選自Mo，Ti，Zr，Nb或V中的第一任選元素的添加量少于2.0wt％時(shí)，生成的高熔點(diǎn)復(fù)合組成物的量不足，會(huì)降低生成的銅基合金的耐磨性。當(dāng)?shù)谝蝗芜x元素的添加量大于15.0wt％時(shí)，過(guò)量地生成高熔點(diǎn)復(fù)合組成物，會(huì)降低生成的銅基合金的韌性。而且，若是這種情況，由于生成的銅基合金在相圖中的液相曲線溫度升高，因而不易制成粉。因此，該耐磨銅基合金中包含至少一種選自Mo，Ti，Zr，Nb和V中的第一任選元素，其含量為2.0～15.0wt％，優(yōu)選的是2.0～10.0wt％。
通過(guò)以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明和詳細(xì)說(shuō)明書的說(shuō)明，可以更完全地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)。


圖1是用于評(píng)估按本發(fā)明的耐磨銅基合金的優(yōu)選的實(shí)施例的試樣的透視圖；圖2是沿圖1中“2”-“2”線的剖視圖；圖3是說(shuō)明碳合量“X”與發(fā)生開裂的關(guān)系曲線圖；圖4是說(shuō)明碳含量“X”與焊道開裂變形之間的關(guān)系曲線圖5是按本發(fā)明的耐磨銅基合金的碳含量為0.05wt％的優(yōu)選的實(shí)施例的堆焊層的金相結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡顯微照片；圖6是圖5所示的優(yōu)選的實(shí)施例制造的堆焊層的金相結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡的顯微照片，并只表示出銅組分；圖7是圖5所示的優(yōu)選的實(shí)施例制造的堆焊層的金相結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡的顯微照片，只表示出鎳組分；圖8是圖5所示的優(yōu)選的實(shí)施例制成的堆焊層的金相結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡的顯微照片，只表示出鉬組分；圖9是圖5所示的優(yōu)選的實(shí)施例制造的堆焊層的金相結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡的顯微照片，只表示出硅組分；圖10是圖5所示的優(yōu)選的實(shí)施例制成的堆焊層的金相結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡的顯微照片，只表示出碳組分；圖11該耐磨銅基合金碳含量為0.5wt％的優(yōu)選的實(shí)施例制成的堆焊層的金相結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡的顯微照片；圖12是圖11所示的優(yōu)選的實(shí)施例制成的堆焊層的金相結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡的顯微照片，只表示出銅組分；圖13是圖11所示的優(yōu)選的實(shí)施例制成的堆焊層的金相結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡的顯微照片，只表示出鎳組分；圖14是圖11所示的優(yōu)選的實(shí)施例制成的堆焊層的金相結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡的顯微照片，只表示出鉬組分；圖15是圖11所示的優(yōu)選的實(shí)施例制成的堆焊層的金相結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡的顯微照片，只表示出硅組分；圖16是圖11所示的優(yōu)選的實(shí)施例制成的堆焊層的金相結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡的顯微照片，只表示出碳組分；
圖17含碳量為0.7wt％的對(duì)比用的銅基合金的堆焊層的金相結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡的顯微照片；圖18是圖17所示對(duì)比用的銅基合金制成的堆焊層的金相結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡的顯微照片，只表示出銅組分；圖19是圖17所示對(duì)比用的銅基合金制成的堆焊層的金相結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡的顯微照片，只表示出鎳組分；圖20是圖17所示對(duì)比用的銅基合金制成的堆焊層的金相結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡的顯微照片，只表示出鉬組分；圖21是圖17所示對(duì)比用的銅基合金制成的堆焊層的金相結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡的顯微照片，只表示出硅組分；圖22是圖17所示對(duì)比用的銅基合金制成的堆焊層的金相結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡的顯微照片，只表示出碳組分；圖23是含碳量為0.0006wt％的對(duì)比用的銅基合金鑄錠的橫截面金相結(jié)構(gòu)的電子顯微鏡的顯微照片；圖24是碳含量為0.01wt％的對(duì)比用的銅基合金鑄錠的橫截面的金相結(jié)構(gòu)電子顯微鏡的顯微照片；圖25是碳含量為0.03wt％的對(duì)比用的銅基合金鑄錠的橫截面的金相結(jié)構(gòu)電子顯微鏡的顯微照片；圖26是碳含量為0.05wt％的該銅基合金的優(yōu)選的實(shí)施例制成的鑄錠的橫截面的金相結(jié)構(gòu)的電子顯微鏡照片；圖27是碳含量為0.1wt％的該銅基合金的優(yōu)選的實(shí)施例制成的鑄錠的橫截面的金相結(jié)構(gòu)的電子顯微鏡照片；圖28是碳含量為0.2wt％的該銅基合金的優(yōu)選的實(shí)施例制成的鑄錠的橫截面的金相結(jié)構(gòu)的電子顯微鏡的顯微照片；
圖29是碳含量為0.5wt％的該鋼基合金的優(yōu)選的實(shí)施例制成的鑄錠的橫截面的金相結(jié)構(gòu)的電子顯微鏡的顯微照片；圖30是碳含量為0.7wt％的對(duì)比用的銅基合金制成的鑄錠的橫截面的金相結(jié)構(gòu)的電子顯微鏡的顯微照片；圖31是碳含量“X”，氧含量“Y”與開裂發(fā)生率之間的關(guān)系曲線圖；圖32是含碳量“X”與開裂發(fā)生率之間的關(guān)系曲線圖；圖33是碳含量“X”，氧含量“Y”與開裂發(fā)生率之間的關(guān)系曲線圖；圖34是Pb含量與開裂發(fā)生率之間的關(guān)系曲線圖。
已對(duì)本發(fā)明作了總的說(shuō)明，這里提供的具體的優(yōu)選的實(shí)施例只是為了進(jìn)一步理解該發(fā)明，而不是對(duì)權(quán)利要求書要求保護(hù)的范圍的限制。
第1實(shí)施例用氣體噴霧工藝制成的耐磨銅基合金粉的組分列于表1中。注意，生成的粉的顆粒大小為80～350目。在氣體噴霧工藝中，原始合金元素粉在爐內(nèi)在1700℃加熱，制成每種銅基合金粉用熔融金屬約100kg。將熔融金屬裝入底部設(shè)有噴嘴的容器(即耐火材料槽)內(nèi)。然后，通過(guò)噴嘴排放出熔融金屬。N2氣吹在排放出的熔融金屬上使熔融金屬霧化。霧化過(guò)的熔融金屬保持在N2氣氛中冷卻。制成表1中所列的銅基合金粉。
銅基合金粉中，調(diào)節(jié)氣化室內(nèi)氧的濃度來(lái)控制氧含量。但是注意，不控制不可避免的雜質(zhì)，如Pb，Al，P，S，Sn，Zn，Bi，Sb，Mg等的含量。因此相信有0.03wt％的Pb作為不可避免的雜質(zhì)存在于銅基合金粉中，并且存在于銅基合金粉中的其它不可避免雜質(zhì)如Al，P，S，Sn，Zn，Si，SbMg等的總含量為0.5wt％。
表1樣品編號(hào) 合金組成(wt％)Ni Si Co Mo Cr Fe|O|第1優(yōu)選No.114.52.26.55.01.23.0 0.02的實(shí)施例同上 No.216.03.07.56.51.55.0 0.05同上 No.318.03.59.07.51.86.5 0.05同上 No.415.52.77.05.51.55.5 0.08同上 No.515.82.97.66.51.65.9 0.04同上 No.616.03.08.06.81.85.5 0.05對(duì)比例 No.716.22.97.86.51.55.2 0.03同上 No.816.12.87.76.71.35.0 0.04
表1(續(xù))樣品編號(hào) 合金組成(wt％)AlY稀土金屬TiZrHfC混合物第1優(yōu)選 No.1 - - - - - -0.06的實(shí)施例同上 No.2 - - - - - -0.15同上 No.3 - - - - - -0.45同上 No.4 0.04 0.010.01 0.01 0.01 0.01 0.13同上 No.5 0.05 - - - - -0.10同上 No.6 -0.05 -0.03 - -0.08對(duì)比例No.7 0.02 - - - - -0.006同上 No.8 0.02 - 0.03 - - -0.6
表1(續(xù))樣品編號(hào) 粉生產(chǎn)力 韌性Cu 偏析 堵塞噴嘴 沖擊值第1優(yōu)選的實(shí)施例 No.1 余量 無(wú) 無(wú) 1.0同上 No.2 余量 無(wú) 無(wú) 2.1同上 No.3 余量 無(wú) 無(wú) 1.0同上 No.4 余量 無(wú) 無(wú) 2.5同上 No.5 余量 無(wú) 無(wú) 2.0同上 No.6 余量 無(wú) 無(wú) 1.9對(duì)比例No.7 余量發(fā)生 5次或更多 0.6同上 No.8 余量 無(wú) 無(wú) 0.15
對(duì)粉料生產(chǎn)率的評(píng)價(jià)檢驗(yàn)按本發(fā)明的第1優(yōu)選的實(shí)施例和比較例的銅基合金粉的粉料生產(chǎn)率。該評(píng)價(jià)中，在噴霧工藝制粉過(guò)程中檢查漏斗噴嘴是否被約100kg的熔融金屬堵塞。而且，所生成的合金粉急劇地固化鑄成錠，即，使其在一分鐘內(nèi)從1500℃冷卻到15℃。切割這些制成的鑄錠，并肉眼觀察其橫截面，看其中是否出現(xiàn)偏析。該評(píng)價(jià)結(jié)果列于表1中。
從表1中看出，銅基合金粉第1優(yōu)選的實(shí)施例的No.1至No.6沒有堵塞噴嘴，由銅基合金粉No.1至No.6制成的鑄錠沒有出現(xiàn)偏析。
另一方面，比較例銅基合金粉No.7，它含極少量碳，堵塞了噴嘴，由它制成的鑄錠中出現(xiàn)偏析。因此，在銅基合金粉No.7中這些少量的碳不能防止離析，而且有聚集的Mo等的硅化物。
對(duì)韌性的評(píng)價(jià)還檢驗(yàn)按本發(fā)明的第1優(yōu)選的實(shí)施例和比較例的銅基合金粉的韌性。該評(píng)價(jià)中，將各種銅基合金粉的熔融金屬收集起來(lái)并裝入殼形模具中，鑄成矩形的平行六面體試樣。研磨鑄成的試樣，使其尺寸為10mm×10mm×55mm，并進(jìn)行擺錘式?jīng)_擊強(qiáng)度測(cè)試。測(cè)出單位為1kgf·m/cm2的沖擊值。該評(píng)價(jià)結(jié)果也列于表1中。
從表1中發(fā)現(xiàn)，由第1優(yōu)選的實(shí)施例的銅基合金粉No.1到No.6制成的所有試樣的沖擊值大于1.0kgf·m/cm2。因此，這些試樣的韌性均得到改善，其改善程度超過(guò)由比較例的銅基合金No.7和8制成的試樣。
因此認(rèn)為銅基合金粉No.1至No.6中的C的這種含量抑制了偏析。具體地說(shuō)，包含碳化物核和淀積在碳化物核周圍的硅化物的復(fù)合組成物抑制了硅化物聚集。而且復(fù)合組成物作為硬質(zhì)相均勻分散在基質(zhì)中。
另一方面，認(rèn)為在銅基合金粉No.7中，這樣小含量的C不能充分抑制偏析。因此，Mo等的硅化物聚集。而且，認(rèn)為銅基合金粉No.8中存在如此大量碳，使得自由碳沉淀降低了試樣的韌性。
注意，不僅用Ti，Zr，Nb或V代替銅基合金粉No.1至7中的Mo能得到同樣的優(yōu)點(diǎn)，而且當(dāng)從Mo，Ti，Zr，Nb和V中選出兩種或更多的元素取代銅基合金粉No.1至7中的Mo時(shí)，也有同樣的優(yōu)點(diǎn)。
第2優(yōu)選的實(shí)施例第2優(yōu)選的實(shí)施例中，Ni，Si，Co，Mo，Cr，F(xiàn)e和O的含量分別控制到16.0wt％，2.80wt％，7.40wt％，6.2wt％，1.4wt％，4.9wt％和0.0030wt％。而且，C的量有多種變化。用第1優(yōu)選的實(shí)施例相同的方法將原始合金元素制成顆粒尺寸為80～350目的各種耐磨銅基合金粉。
注意，在第2優(yōu)選的實(shí)施例中，不控制不可避免的雜質(zhì)如Pb，Al，P，S，Sn，Zn，Bi，Sb，Mg等的含量。因此，第2優(yōu)選實(shí)施例的銅基合金粉中，認(rèn)為存在有含量為0.03wt％的不可避免的雜質(zhì)Pb，而存在的其它不可避免的雜質(zhì)如Al，P，S，Sn，Zn，Bi，Sb，Mg等的總含量為0.5wt％。
而且，圖1和2所示的多個(gè)圓柱形試樣，是用鋁合金制造的。注意，鋁合金與按日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)的“AC2B”鋁合金相當(dāng)，即，它包含2.0～4.0wt％的Cu，5.0～7.0wt％的Si，0.5wt％或更低的Mg，1.0wt％或更低的Zn，1.0wt％或更低的Fe，0.5wt％或更低的Mn，0.5wt％或更低的Ni，0.2wt％或更低的Ti，余量為Al。試樣外徑為50mm，高40mm。并在項(xiàng)表面上設(shè)置有傾斜面1a。如圖2所示，傾斜面1a按朝向中心的方向由寬變窄成一錐形。
用激光按下述條件用耐磨銅基合金粉堆焊圓柱形試樣的傾斜面1a。
激光輸出4.5kW；堆焊寬度3mm～10mm；堆焊速度900mm/分鐘；保護(hù)氣體氬氣(Ar)；保護(hù)氣體的流量10升/分鐘；和堆焊厚度1.5mm～2.5mm。
因此，形成圖2所示的堆焊層2。
對(duì)焊道開裂的評(píng)價(jià)對(duì)生成的堆焊層2檢驗(yàn)焊道開裂發(fā)生率。圖3示出了評(píng)價(jià)結(jié)果。圖3中，空白箭頭指示硅化物消失的區(qū)域。并且，由于出現(xiàn)大量的碳化物，使焊道的韌性下降。
注意對(duì)全部100個(gè)試樣1，檢驗(yàn)開裂發(fā)生率，并用下式計(jì)算出開裂發(fā)生率開裂發(fā)生率(％)＝(開裂的試樣/總試樣)×100
從圖3發(fā)現(xiàn)，當(dāng)C含量在0.05wt％或更多時(shí)，開裂發(fā)生率急劇下降，并能抑制到0.05％或更少。這種現(xiàn)象被認(rèn)為是，即當(dāng)無(wú)C或C含量極少時(shí)，硬質(zhì)硅化物凝聚。另一方面，當(dāng)C按控制量存在時(shí)，產(chǎn)生高熔點(diǎn)復(fù)合組成物。復(fù)合組成物包含象Mo2C這樣的碳化物，并形成硅化物，硅化物沉淀在碳化物周圍。生成的銅基合金出現(xiàn)這樣的金相結(jié)構(gòu)，其中復(fù)合組成物均勻地分散在Cu-Ni合金的α相基質(zhì)中。結(jié)果，改善了生成的銅基合金的韌性。
另外，當(dāng)硅化物聚集形成硅化物硬質(zhì)相時(shí)，用激光輻照無(wú)所說(shuō)的硅化物聚集的連接處，硅化物凝聚處的激光束吸收比Cu-Ni合金的α相基質(zhì)的激光束吸收增大20倍。因此，鋁基襯底過(guò)分熔化。并由此稀釋在Cu-Ni合金的α相基質(zhì)中。結(jié)果，在α相基質(zhì)中出現(xiàn)金屬間化合物如Cu-Al和Ni-Al。金屬間化合物具有0.1％或更低的焊道開裂應(yīng)力，而且難以承受固化中的收縮應(yīng)力。因此，在金屬之間的化合物開始出現(xiàn)開裂。
現(xiàn)在讓我們來(lái)看用銅基合金堆焊的有16個(gè)閥座的汽缸頭處的開裂發(fā)生率。從圖3看到，當(dāng)無(wú)C存在時(shí)，焊道開裂發(fā)生率為5.5％以上。有這種焊道的汽缸頭中，假定開裂發(fā)生率(或斷裂缺陷)會(huì)增到88％。因此，這樣的銅基合金不能實(shí)用。當(dāng)C的含量為0.05wt％以上時(shí)，焊道具有的開裂發(fā)生率在0.05％以下。有這種焊道的圓柱頭中，假定開裂發(fā)生率(或斷裂缺陷)會(huì)降低到0.8％。因此，這種銅基合金可以實(shí)用。
對(duì)堆焊層的斷裂應(yīng)變的評(píng)價(jià)檢驗(yàn)第2優(yōu)選的實(shí)施例中制成的堆焊層2的斷裂應(yīng)變。例如，對(duì)尺寸為15mm×25mm×10mm的矩形平行六面形試樣加工堆焊層2。給試樣的長(zhǎng)度中心(即25mm)處加負(fù)荷。因此，試樣彎曲并檢驗(yàn)斷裂處的長(zhǎng)度變化(或由25mm的伸長(zhǎng)度)，計(jì)算出斷裂應(yīng)變。注意，按0.20mm/秒的速度將負(fù)荷加到試樣上，用以下公式確定斷裂應(yīng)變斷裂應(yīng)變(％)＝{(“A”－“B”)/“A”}×100式中“A”為測(cè)試前的試樣長(zhǎng)度，“B”為試樣斷裂時(shí)(測(cè)試后)的長(zhǎng)度，圖4說(shuō)明了斷裂應(yīng)變?cè)u(píng)價(jià)結(jié)果。圖4中雙頭箭頭表示由于熱收縮而發(fā)生開裂的區(qū)域。
從圖4中發(fā)現(xiàn)，碳含量越大，斷裂應(yīng)變?cè)酱?。不易開裂的焊道越多。然而，當(dāng)碳含超過(guò)0.4wt％時(shí)，斷裂應(yīng)變減小。因此焊道由于熱收縮易于開裂，認(rèn)為是碳含量超過(guò)0.4wt％時(shí)，會(huì)有過(guò)量的MO2C沉淀，而使斷裂應(yīng)變減小。因此優(yōu)選的是碳含量的上限為0.4wt％。
用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察第2優(yōu)選的實(shí)施例的三個(gè)堆焊層2的金相結(jié)構(gòu)。注意，這三個(gè)堆焊層2的含碳量分別為0.05wt％，0.5wt％，和0.7wt％。圖5到22是該觀察結(jié)果的掃描電子顯微鏡的顯微照片。
圖5至10表示碳含量為0.05wt％的堆焊層2。圖11到16表示碳含量為0.5wt％的堆焊層2。圖17到22表示碳含量為0.7wt％的堆焊層2。注意，圖6到10，圖12到16和圖18到22中，稍白的部分是Cu，Ni，Mo，Si和C的的高濃度部分。這些顯微照片清楚地顯示出形成的高熔點(diǎn)復(fù)合組成物，其中包含有碳化物核，如MoC，和沉淀左核周圍的硅化物。
而圖17到22展示出由比較例銅基合金層形成的堆焊層2，其碳含量為0.7wt％。從圖22能容易地看到沉淀在比較例堆焊層2中的稍白的棒狀部分-游離碳對(duì)硬質(zhì)相的分散性的評(píng)價(jià)除了碳含量變到0.0006wt％，0.01wt％，0.03wt％，0.05wt％，0.1wt％，0.2wt％，0.5wt％和0.7wt％之外，其余合金化元素的量第2優(yōu)選實(shí)施例的組分量相同。原始合金化元素加熱到1500℃制成8種熔融金屬。把原始合金化金屬鑄成錠。切割制成的鑄錠，用光學(xué)顯微鏡觀察其橫截面。圖23到30是用顯微照片表示的光學(xué)顯微鏡觀察結(jié)果。注意，按10～102℃/秒的速度使熔融金屬逐漸冷卻而固化。
圖26到30表示，當(dāng)碳含量“X”在0.05wy％或更多時(shí)，形成高熔點(diǎn)復(fù)合組成物，該組成物中包含碳化物核和沉淀在核周圍的硅化物。而且，該復(fù)合組成物均勻而細(xì)小地分散在Cu-Ni合金的α相基質(zhì)中。反之，圖23到25表示，當(dāng)碳含量“X”小于0.05wt％(即“X”＜0.05)時(shí)，硅化物(即，稍黑的部分)聚集在下面。
第3優(yōu)選的實(shí)施例第3優(yōu)選的實(shí)施例中，把Ni，Si，Co，Mo，Cr和Fe的含量分別固定為16.0wt％，2.80wt％，7.40wt％，6.20wt％，1.4wt％和4.90wt％。而且，C和O含量有各種變化。用第1優(yōu)選的實(shí)施例相同的方法將原始合金元素制成顆粒尺寸為80～350目的各種耐磨銅基合金粉末。
注意，在第3優(yōu)選的實(shí)施例中，不控制不可避免的雜質(zhì)如Pb，Al，S，Sn，Zn，Bi，Sb，Mg等的量。因此，在第3優(yōu)選的實(shí)施例的銅基合金粉末中，認(rèn)為有0.03wt％的Pb為不可避免的雜質(zhì)，而且，其它不可避免的雜質(zhì)如Al，P，S，Sn，Zn，Bi，Sb，Mg等的總含量為0.5wt％。
用激光按第2優(yōu)選的實(shí)施例相同的條件制成的銅基合金粉未用于形成圖1和2中所示的堆焊層2。
對(duì)焊道開裂的評(píng)價(jià)檢驗(yàn)所得的堆焊層2的焊道中開裂發(fā)生率和針孔。圖31表明了評(píng)價(jià)結(jié)果。圖31中?？招牡膱A圈(○)表示開裂發(fā)生率在0.05％或更低，空白三角(△)表示開裂發(fā)生率在0.05～1.0％，叉(×)表示開裂發(fā)生率在1.0％或更高，實(shí)心三角(▲)表示出現(xiàn)明顯的針孔。同樣圖31中空白箭頭表示硅化物消失的區(qū)域。并且，由于生成大量的碳化物，焊道的韌性降低。
注意對(duì)總數(shù)為100個(gè)試樣1檢驗(yàn)開裂發(fā)生率，并用下式算出開裂發(fā)生。
開裂發(fā)生率(％)＝{(開裂的試樣數(shù))/(總試樣數(shù))}×100從圖31看到，當(dāng)含碳量“X”和含氧量“Y”滿足前述關(guān)系(1)到(3)時(shí)，開裂發(fā)生率可降到0.05或更低，同時(shí)能抑制針孔出現(xiàn)。注意，連線點(diǎn)“A”(即(0.05，0))和“B”(即(0，0.04))用等式“Y”＝(-0.8)(“X”)＋0.04表示。
第4優(yōu)選的實(shí)施例第4優(yōu)選的實(shí)施例中，控制不可避免的雜質(zhì)如Pb，Al，P，S，Sn，Zn，Bi，Sb，Mg等的含量，使其在以熔化工藝到噴霧工藝的銅基合金粉制造過(guò)程中不摻雜，并如下所述調(diào)節(jié)這些不可避免的雜質(zhì)含量。除控制不可避免的雜質(zhì)外，按第2優(yōu)選的實(shí)施例相同方法進(jìn)行第4優(yōu)選的實(shí)施例。即，規(guī)定Ni，Si，Co，Mo，Cr，F(xiàn)e和O的含量與第2優(yōu)選實(shí)施例相同，C的含量有各種變化。
更具體地說(shuō)，第4優(yōu)選的實(shí)施例中，Pb含量為0.01wt％，其它雜質(zhì)，如Al，P，S，Sn，Zn，Bi，Sb和Mg的總含量為0.05wt％。
用激光按第2優(yōu)選的實(shí)施例相同的條件制成的銅基合金粉末用于形成圖1和2所示的堆焊層2。
檢驗(yàn)堆焊層2的開裂發(fā)生率。圖32表明了該評(píng)價(jià)結(jié)果。從圖32可看到，由第4優(yōu)選的實(shí)施例的銅基合金粉制成的堆焊層2具有的開裂發(fā)生率特性與圖1所示的第1優(yōu)選的實(shí)施例的特性相同。注意，與圖3相比，碳含量的影響移到圖32中較小的一側(cè)，即，即使碳含量在0.05wt％以下時(shí)，開裂發(fā)生率減小。
第5優(yōu)選的實(shí)施例第5優(yōu)選的實(shí)施例中，不可避免的雜質(zhì)之一的Pb的含量調(diào)到0.01wt％，其它不可避免的雜質(zhì)，如Al，P，S，Sn，Zn，Bi，Sb和Mg的總含量調(diào)到0.05wt％。除控制不可避免的雜質(zhì)含量外，用與第3優(yōu)選的實(shí)施例相同的方法進(jìn)行第5優(yōu)選的實(shí)施例，即，按第3優(yōu)選的實(shí)施例確定Ni，Si，Co，Mo，Cr和Fe的含量，C和O的含量可有多種變化。
用激光按第2優(yōu)選的實(shí)施例相同的條件制成的銅基合金粉用于形成圖1和2所示的堆焊層2。
按第3優(yōu)選的實(shí)施例相同的方式檢驗(yàn)堆焊層2的焊道開裂發(fā)生率和針孔。圖33表明了該評(píng)價(jià)結(jié)果。圖33中，空心圓圈(○)表示開裂發(fā)生率在0.05％以下，空白三角(△)表示開裂發(fā)生率從0.05～1.0％，叉(×)表示開裂發(fā)生率在1.0％以上，實(shí)心三角(▲)表示出現(xiàn)明顯的針孔。從圖33可看到，由第5優(yōu)選的實(shí)施例的銅基合金粉末制成的堆焊層2具有的開裂發(fā)生率和針孔發(fā)生率特性與圖31所示的第3優(yōu)選的實(shí)施例的這樣特性類似。注意，與圖31對(duì)比、開裂和針孔發(fā)生率減小的區(qū)域從孔口擴(kuò)大到圖33中碳含量較小的邊；即，即使碳含量在0.05wt％以下時(shí)，開裂發(fā)生率也減小。
因此，從圖33中看到當(dāng)Pb含量控制到0.01wt％，碳含量“X”和氧含量“Y”滿足所述公式(1)、(2)和(4)時(shí)，開裂發(fā)生率可減小到0.05％以下，同時(shí)抑制針孔的產(chǎn)生。注意，連線點(diǎn)“P”(即(0.05，0))和“Q”點(diǎn)(即，0，0.031))可用等式“Y”＝(-0.6)(“X”)＋0.3表示。
第6優(yōu)選的實(shí)施例第6優(yōu)選的實(shí)施例中，Ni，Si，Co，Mo，Cr，F(xiàn)e，C和O的含量分別規(guī)定為16.0wt％，2.80wt％，7.40wt％，6.2wt％，1.4wt％，4.9wt％，0.1wt％和0.0030wt％。而且，Pb含量可有各種變化。然后，用第1優(yōu)選的實(shí)施例相同的方法將這樣制得的原始合金元素制成顆粒尺寸為80到350目的各種耐磨銅基合金粉。
注意，第6最佳實(shí)施例中，不可避免的雜質(zhì)如Al，P，S，Sn，Zn，Bi，Sb，Mg等的含量也不控制。因此，第6優(yōu)選的實(shí)施例的銅基合金中，認(rèn)為不可避免的雜質(zhì)如Al，P，S，Sn，Zn，Bi，Sb，Mg等的總含量為0.5wt％。
用激光按第2優(yōu)選的實(shí)施例相同的條件制成的銅基合金用于形成圖1和2所示的堆焊層2。
按第2優(yōu)選的實(shí)施例相同的方法檢驗(yàn)堆焊層2的焊道開裂發(fā)生率。圖34表明了該評(píng)估結(jié)果，如從圖34看到的，發(fā)現(xiàn)較小的Pb含量是優(yōu)選的，因?yàn)椋_裂發(fā)生率相應(yīng)地減小。然而，Pb含量超過(guò)0.02％時(shí)開裂發(fā)生率急劇增加。
不可避免的雜質(zhì)如Al，P，S，Sn，Zn，Bi，Sb和Mg全是低熔點(diǎn)和低沸點(diǎn)元素。與Pb相反，其它不可避免的雜質(zhì)如Al，P，S，Sn，Zn，Bi，Sb和Mg在本耐磨銅基合金中可以固溶；即，當(dāng)它們以痕量存在時(shí)，它們可以在Cu-Ni合金的α相基質(zhì)中固溶。因此，其它不可避免的雜質(zhì)不沉淀在完全固化部分中。然而，在用高溫?zé)嵩慈缂す膺M(jìn)行的堆焊操作中，堆焊層在高達(dá)2800℃到3000℃的最高溫度加熱。結(jié)果甚至以痕量存在，Al，P，S，Sn，Zn，Bi，Sb和Mg也會(huì)汽化并留在堆焊層中，引起氣體缺陷。因此，最好使不可避免的雜質(zhì)如Al，P，S，Sn，Zn，Bi，Sb和Mg的含量盡可能小，如總量為0.05wt％。
而且，當(dāng)該耐磨銅基合金用激光堆焊時(shí)，優(yōu)選的是含有選自Y，稀土金屬混合物和Hf的至少一種金屬，其含量為0.01～0.1wt％。這些元素與O結(jié)合在進(jìn)行激光堆焊操作時(shí)形成穩(wěn)定的氧化膜。氧化物膜穩(wěn)定地吸收激光束。形成熔融金屬的適當(dāng)沉淀池，并輔助生成的熔融金屬沉淀池。當(dāng)含有這些元素中的一種或兩種以上時(shí)可產(chǎn)生這種有利的作用。
注意，當(dāng)含有這些元素的兩種或兩種以上時(shí)，優(yōu)選的是其總含量為0.01～0.1wt％。與這些元素中的兩種或兩種以上的元素總含量少于0.01wt％時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較少的氧化膜，激光束反射增加，會(huì)不適當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生熔融金屬團(tuán)。結(jié)果，在生成的堆焊層中會(huì)出現(xiàn)各種缺陷。當(dāng)這些元素中的兩種或兩種以上的元素總含量大于0.1％時(shí)，產(chǎn)生大量氧化膜，激光束的吸收增加。結(jié)果，基體會(huì)過(guò)熱并稀釋太大。而且，在粉末生產(chǎn)中熔融金屬的流動(dòng)性容易下降。
此外，上述的優(yōu)選的實(shí)施例是用激光法使該耐磨銅基合金用于粉末堆焊操作。認(rèn)為該耐磨銅基合金可用于各種采用其它能源，如等離子體，乙炔氣、TIG等的堆焊操作。
現(xiàn)已充分說(shuō)明了本發(fā)明，本專業(yè)的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的思想和范圍所做的許多變化和改型均在所附的權(quán)利要求書要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種耐磨銅基合金，包含含量為10.0～30.0wt％的鎳(Ni)；含量為2.0～15.0wt％的鐵(Fe)；含量為2.0～15.0wt％的鈷(Co)；含量為0.5～5.0wt％的硅(Si)；含量為1.0～10.0wt％的鉻(Cr)；至少一種選自鉬(Mo)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、和釩(V)的第一任選元素，其含量為2.0wt％到15.0wt％；至少一種選自碳和氧的第二任選元素；余量為銅(Cu)和不可避免的雜質(zhì)；其中所說(shuō)的碳的含量標(biāo)記為“X”wt％，所說(shuō)的O的含量標(biāo)記為“Y”wt％，滿足式(1)至(3)(1)0≤“X”≤0.5；(2)0≤“Y”≤0.05；和(3)“Y”≥(-0.8)(“X”)＋0.04
2.一種耐磨銅基合金，包含含量為10.0～30.0wt％的鎳(Ni)；含量為2.0～15.0wt％的鐵(Fe)；含量為2.0～15.0wt％的鈷(Co)；含量為0.5～5.0wt％的硅(Si)；含量為1.0～10.0wt％的鉻(Cr)；至少一種選自鉬(Mo)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、和釩(V)中的第一任選元素，其含量為2.0～15.0wt％；至少一種選自碳(C)和氧(O)的第二任選元素；和余量為銅和不可避免的雜質(zhì)；其中所說(shuō)的碳的含量標(biāo)記為“X”wt％，所說(shuō)的O的含量標(biāo)記為“Y”wt％，滿足式(1)，(2)和(4)(1)0≤“X”≤0.5；(2)0≤“Y”≤0.05；和(4)“Y”≥(-0.6)(“X”)＋0.03；和鉛(Pb)，一種不可避免的雜質(zhì)，含量限制為0.02wt％或更低。
3.按權(quán)利要求1或2的耐磨銅基合金，其中所說(shuō)的不可避免的雜質(zhì)，如鋁(Al)，磷(P)，硫(S)，錫(Sn)，鋅(Zn)，鉍(Bi)，銻(Sb)和鎂(Mg)的總含量在0.05wt％或更低。
4.按權(quán)利要求1或2的耐磨銅基合金，其中至少一種選自釔(Y)，混合稀土，和鉿(Hf)中的第二任選選元素的含量為0.01～0.1wt％。
5.按權(quán)利要求1或2的耐磨銅基合金，其中所說(shuō)的Ni的含量是12.0～25.0wt％。
6.按權(quán)利要求1或2的耐磨銅基合金，其中所說(shuō)的鐵(Fe)的含量是3.0～10.0wt％。
7.按權(quán)利要求1或2的耐磨銅基合金，其中所說(shuō)的鈷(Co)的含量是2.0～10.0wt％。
8.按權(quán)利要求1或2的耐磨銅基合金，其中所說(shuō)的硅(Si)的含量是0.3～3.5wt％。
9.按權(quán)利要求1或2的耐磨銅基合金，其中所說(shuō)的鉻(Cr)的含量是1.0～5.0wt％。
10.按權(quán)利要求1或2的耐磨銅基合金，其中所說(shuō)的第一任選元素的含量為2.0～10.0wt％。
11.一種耐磨銅基合金，包含含量為10.0～30.0wt％的鎳(Ni)；含量為2.0～15.0wt％的鐵(Fe)；含量為2.0～15.0wt％的鈷(Co)；含量為0.5～5.0wt％的硅(Si)；含量為1.0～10.0wt％的鉻(Cr)；至少一種選自鉬(Mo)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、和釩(V)中的第一任選元素，其含量為2.0～15.0wt％；余量為銅(Cu)和不可避免的雜質(zhì)；其中鉛(Pb)，所說(shuō)的不可避免的雜質(zhì)之一，含量限制到0.02wt％或更低。
全文摘要
一種耐磨銅基合金，包含10.0wt％到30.0wt％的Ni，2.0wt％到15.0wt％的Fe，2.0wt％到15.0wt％的Co，0.5wt％到5.0wt％的Si，1.0wt％到10.0wt％的Cr，2.0wt％到15.0wt％的至少一種選自Mo，Ti，Zr，Nb和V的第一任選元素，至少一種選自C和O的第二任選元素，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。C含量“X”和氧含量“Y”滿足下列關(guān)系式0≤“X”≤0.5，0≤“Y”≤0.05，和“Y”≥(-0.8)(“X”)+0.04。該耐磨銅基合金能改善焊道的韌性，能有效抑制堆焊操作的固化過(guò)程中的焊道開裂。
文檔編號(hào)C22C9/06GK1143685SQ9610571
公開日1997年2月26日 申請(qǐng)日期1996年2月17日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月17日
發(fā)明者河崎稔, 高柳登, 野村弘巳, 佐藤彰生, 金澤功華, 日高謙介, 永井省三 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社, 福田金屬箔粉工業(yè)株式會(huì)社