一種鋼表面自生富銅層的銅鋼復(fù)合材料制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種表面自生富銅層的銅鋼復(fù)合材料制備方法，通過在鋼基體表面自發(fā)產(chǎn)生富銅的包覆層，解決以往外加包覆涂層與基體界面的結(jié)合問題。方法包括以下步驟：含銅鋼的表面腐蝕；去除腐蝕產(chǎn)物；銅鋼復(fù)合材料的表面處理。本發(fā)明不使用外在添加包覆層的方式，就可以獲得具有富銅外層的銅鋼復(fù)合材料；所制備的銅鋼復(fù)合材料由于為基體自生包覆層，因此沒有復(fù)合界面間的結(jié)合問題，通常不會(huì)發(fā)生包覆層剝離；所制備的銅鋼復(fù)合材料即保留了鋼強(qiáng)度高、韌性好等優(yōu)良性能，又保留了銅的耐腐蝕、導(dǎo)電等特性，同時(shí)使外表美觀。
【專利說明】一種鋼表面自生富銅層的銅鋼復(fù)合材料制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及銅包鋼復(fù)合材料的制備方法，特別是一種鋼表面自生富銅層的銅鋼復(fù)合材料制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著復(fù)合材料及相關(guān)工藝的發(fā)展，目前已開發(fā)出了多種銅包鋼復(fù)合材料。這一材料兼具銅的耐蝕性強(qiáng)、導(dǎo)電率高以及鐵的高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，其綜合性能好，制造成本較低并節(jié)約能源。銅鋼復(fù)合材料已在建筑、鐵路、電力、石油化工等行業(yè)得到了應(yīng)用，其性能已得到了驗(yàn)證，無論從實(shí)用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性來看，都具有非常好的應(yīng)用前景。
[0003]目前生產(chǎn)銅包鋼線的方法主要有電鍍法、包覆法、熱浸鍍法、水平連鑄法。
[0004]采用用電鍍法的公開資料:何慧蘭，“銅包鋼線的研制與應(yīng)用”，《電鍍與環(huán)?！?，2002，22 (6): 32-33 ；劉宗信，“平行雙股銅包鋼線芯新型通信電纜的研制”，《電線電纜》，1994主(5/6):10-12 ;劉詠蘭，“電鍍法生產(chǎn)雙金屬線”，《電線電纜譯叢》，1997主(2): 10-13)。生產(chǎn)銅包鋼線材的工藝比較成熟，產(chǎn)品質(zhì)量比較穩(wěn)定，是目前普遍采用的一種生產(chǎn)方法。電鍍法是把經(jīng)過脫脂、酸洗等濕式處理的鋼線進(jìn)行電鍍。工作時(shí)把成卷的鋼線連續(xù)不斷地送進(jìn)預(yù)處理槽及電鍍槽中。輸送輥把其懸掛在電鍍槽內(nèi)的同時(shí)，通過自身的旋轉(zhuǎn)起到送線作用。電鍍后的線材經(jīng)過拉伸加工，可以生產(chǎn)出各種規(guī)格的線材。線材電鍍的連續(xù)性決定了電鍍工藝控制的困難，所以必須嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求，保證每道工序的質(zhì)量。但用電鍍法生產(chǎn)的銅包 鋼線材仍存在銅鍍層比較薄、性能較脆、銅層中混有雜質(zhì)、導(dǎo)電性差、生產(chǎn)過程中環(huán)境污染大等缺點(diǎn)。
[0005]采用包覆法的公開資料:宋強(qiáng)、戴雅康、劉世程，“包覆焊接法銅包鋼線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)”，《光纖電纜與應(yīng)用技術(shù)》，2003，3 (3):44-46 ;高山逃等，“采用熱浸法制造的銅包鋼線及其特性和應(yīng)用”，《電線電纜》，1990，(2)主9-15。包覆焊接法是將清理過的銅帶逐步形成圓管狀，包覆在清理過的鋼線周圍，采用焊接法將銅管縱縫焊接起來；銅帶壓接法是將清理并加熱的兩條銅帶以上下兩個(gè)方向包覆鋼線，利用軋輥間的強(qiáng)大壓力將銅帶和鋼線壓接在一起，然后切除銅帶接縫的凸耳，形成坯線；套管包覆法是將銅管套在鋼絲外部，然后通過拉拔使銅鋼結(jié)合，銅包鋼線長(zhǎng)度受銅管長(zhǎng)度限制，難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。包覆法采用無氧銅帶生產(chǎn)，成本高，加工費(fèi)用昂貴，而且銅與鋼芯的結(jié)合力不強(qiáng)。
[0006]熱浸鍍法是由美國(guó)通用電氣公司開發(fā)的，其工藝原理為:符合一定要求的芯桿通過盛有熔融銅液的坩堝，由于母線的溫度低，金屬靠熱滲透原理，把母線加熱到高溫，熔池中的金屬銅將在母線周圍形成一層凝固層，原母線經(jīng)浸潰過程而凝固成比母線粗的鑄坯，再經(jīng)過加工系統(tǒng)將鑄坯加工成線材。熱浸鍍法的公開資料:傅曉、于九明，“包銅鋼線熱浸鍍過程的簡(jiǎn)化模型”，《金屬學(xué)報(bào)》，2000主36(8):828-831 ;日本瓦利=SaKamoto, Mutsuo,Yamazaki, et al.Method for manufacture of copper alloy coated steel wire[P].JP Pat:07144265，1995，06，06 ；SaKamoto, Mutsuo，Yamazaki, et al.Apparatus formanufacture of copper or copper alloy coated steelwire[P].JP Pat:07232260，1994-06-22。該方法可生產(chǎn)高質(zhì)量的無氧銅鍍層鋼線材及銅合金鍍層鋼線材，銅層和鋼芯間的結(jié)合力好，可塑性良好。但熱浸鍍法生產(chǎn)銅包鋼線材的工藝還不成熟，生產(chǎn)廠家較少，有待于進(jìn)一步地開發(fā)和推廣。
[0007]采用水平連鑄法的公開資料:王慶娟、杜忠澤、王海波，“銅包鋼線生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)及現(xiàn)狀”，《電線電纜》，2002主4(4)主15-17。水平連鑄法是傳統(tǒng)的熱浸涂和連續(xù)鑄造工藝的結(jié)合，主要分為表面處理、鋼芯預(yù)熱、鑄造和后處理等4個(gè)環(huán)節(jié)。該方法生產(chǎn)銅包鋼線材具有節(jié)省人力，自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，但保溫、凝固和牽引的工藝參數(shù)必須相匹配，生產(chǎn)過程較難控制。
[0008]綜上所述，目前所有銅-鋼復(fù)合材料都是通過各種復(fù)合工藝在鋼材表面外加銅包覆層，因此基體和包覆層之間經(jīng)常出現(xiàn)各種夾雜、氣泡、間隔等缺陷，影響復(fù)合效果和結(jié)合強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供了一種鋼表面自生富銅層的銅鋼復(fù)合材料制備方法，通過在一定條件下的腐蝕反應(yīng)過程以及后續(xù)的表面處理，在鋼表面自發(fā)產(chǎn)生富銅的包覆層，有效解決復(fù)合材料的基體和包覆層間界面的結(jié)合問題。 [0010]本發(fā)明利用鋼中的銅不易被腐蝕的特性，在一定條件下對(duì)含銅鋼進(jìn)行表面腐蝕處理，在鋼材表面形成鋼基體、富銅層和腐蝕產(chǎn)物組成的三明治式結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行表面除鱗處理，去除表面腐蝕產(chǎn)物，得到由富銅層和鋼基體組成的自生復(fù)合材料。本發(fā)明提供的一種鋼表面自生富銅層的銅鋼復(fù)合材料，其制備方法包括以下步驟:
[0011]a.含銅鋼的表面腐蝕
[0012]將銅含量≥0.3%的含銅鋼在干濕交替加速腐蝕，腐蝕時(shí)間240-480小時(shí)。
[0013]b.去除腐蝕產(chǎn)物
[0014]含銅鋼經(jīng)過腐蝕過程后，表面會(huì)產(chǎn)生一層腐蝕產(chǎn)物，主要成分包括Fe(OH)2, Fe3O4,a -Fe2O3, Y-Fe2O3, FeO，a -FeOOH, β -FeOOH, Y -FeOOH, δ-FeOOH 等及其混合物。去除腐蝕產(chǎn)物可使銅富集層顯露出來，獲得外層為富銅層，內(nèi)為鋼基體的自生銅鋼復(fù)合材料。
[0015]干.銅鋼復(fù)合材料的表面處理
[0016]在獲得富銅層后，對(duì)富銅層表面進(jìn)表面處理，包括調(diào)整富銅層表面光潔度和平整度，調(diào)整的方法包括研磨、拋光；還包括以銅包覆層為基，在其表面通過電鍍或化學(xué)鍍的方法涂鍍其他涂層。
[0017]步驟b所述的去除腐蝕產(chǎn)物的方法是采用除銹劑去除。
[0018]所述除銹劑為磷酸二氫鈉質(zhì)量百分比5% _10%、檸檬酸質(zhì)量百分比3% -5%、去離子水質(zhì)量百分比87% -90%，浸泡時(shí)間為20-24小時(shí)。
[0019]所述的除銹劑中添加質(zhì)量百分比0.15% -0.25%的烷基酚聚氧乙烯醚和質(zhì)量百分比2% -3%的脂肪醇聚氧乙烯醚作為添加劑。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有同類技術(shù)相比，其顯著的有益效果體現(xiàn)在:
[0021]本發(fā)明不外在添加任何涂層，就可以獲得銅鋼復(fù)合材料；所制備的銅鋼復(fù)合材料中的包覆層從基體自身產(chǎn)生，因此不存在基體與復(fù)合界面的結(jié)合問題；所制備的銅鋼復(fù)合材料即保留了鋼強(qiáng)度高、韌性好等優(yōu)良性能，又保留了銅的耐腐蝕、導(dǎo)電等特性，同時(shí)使外表美觀。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是含銅鋼表面腐蝕后的照片。
[0023]圖2是去除腐蝕產(chǎn)物后的照片。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖更詳細(xì)描述本發(fā)明。
[0025]一種選擇性氧化致鋼表面自生銅包覆層的制備方法，該方法步驟如下:
[0026]1.含銅鋼制備:利用真空感應(yīng)熔煉爐(或充有保護(hù)氣體的熔煉爐)制備含銅鋼，銅含量質(zhì)量百分比為6.8%。
[0027]2.含銅鋼的表面腐蝕:將所制備的含銅鋼取樣，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕實(shí)驗(yàn)，腐蝕試劑為0.5% NaCl溶液，在實(shí)驗(yàn)室干濕交替加速腐蝕條件下，以24小時(shí)為一個(gè)腐蝕周期，腐蝕總時(shí)間為10天，即240小時(shí)。腐蝕后樣品如圖1所示。
[0028]3.配制除銹劑，去除氧化鐵皮:除銹劑使用磷酸二氫鈉質(zhì)量百分比5%、檸檬酸質(zhì)量百分比5%、去離子水質(zhì)量百分比90%，浸泡時(shí)間為24小時(shí)，直至鐵銹層溶于酸中，紅色的富銅層顯露出來。如圖2所示。
[0029]4.通過表面打磨、拋光方式獲得表面光潔的銅包覆層。
【權(quán)利要求】
1.一種鋼表面自生富銅層的銅鋼復(fù)合材料制備方法，其特征是該方法包括以下步驟: a.含銅鋼的表面腐蝕 將銅含量> 0.3%的含銅鋼在干濕交替條件下加速腐蝕，腐蝕時(shí)間為240-480小時(shí)； b.去除腐蝕產(chǎn)物 含銅鋼經(jīng)過腐蝕過程后,表面會(huì)產(chǎn)生一層腐蝕產(chǎn)物,腐蝕產(chǎn)物成分包括Fe (OH)2, Fe3O4,a -Fe2O3, Y -Fe2O3, FeO, a -FeOOH，β -FeOOH，Y -FeOOH，δ -FeOOH 及其混合物，去除腐蝕產(chǎn)物使銅富集層顯露出來，獲得外層為富銅層，內(nèi)為鋼基體的自生銅鋼復(fù)合材料； 干.銅鋼復(fù)合材料的表面處理 在獲得富銅層后，對(duì)富銅層表面進(jìn)行表面處理，包括調(diào)整富銅層表面光潔度和平整度，調(diào)整的方法包括研磨、拋光；還包括以銅包覆層為基，在其表面通過電鍍或化學(xué)鍍的方法涂鍍其他涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼表面自生富銅層的銅鋼復(fù)合材料制備方法，其特征是步驟b所述的去除腐蝕產(chǎn)物的方法是采用除銹劑去除。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋼表面自生富銅層的銅鋼復(fù)合材料制備方法，其特征是所述除銹劑為磷酸二氫鈉質(zhì)量百分比5% -10%、檸檬酸質(zhì)量百分比3% _5%、去尚子水質(zhì)量百分比87% -90%，浸泡時(shí)間為20-24小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋼表面自生富銅層的銅鋼復(fù)合材料制備方法，其特征是所述的除銹劑中添加質(zhì)量百分比0.15% -0.25%的烷基酚聚氧乙烯醚和質(zhì)量百分比2% -3%的脂肪醇聚氧乙烯醚作為添加劑。
【文檔編號(hào)】C23G1/24GK103952658SQ201410175392
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】李娜, 王寧, 賈維平, 王東, 彭興東, 侯忠霖, 常健 申請(qǐng)人:遼寧科技大學(xué)