一種錫青銅-不銹鋼雙金屬耐磨件的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種錫青銅-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，一起放在氣氛保護高溫燒結爐中進行液固擴散連接，最后經過熱處理，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合界面均勻，不受界面形狀制約，同時還具有較高的結合強度，其界面結合強度可達200Mpa以上，且其制備工藝簡單可靠，綠色環(huán)保。
【專利說明】一種錫青銅-不銹鋼雙金屬耐磨件的制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明雙金屬材料連接【技術領域】，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】
[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，可用來生產形狀復雜、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性能，可用作高精密工作母機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，無磁性，含鉛錫青銅常用作耐磨零件和滑動軸承。目前，可用線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械結合，兩者之間的結合強度低，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，還具有比較高的強度、良好的韌性和塑性，適用于航空、航海等領域的某些零部件。如果將錫青銅與不銹鋼兩種材料通過液固擴散方法連接在一起，制備錫青銅-不銹鋼雙金屬復合材料，較高強度的不銹鋼可以起到鋼背的作用，彌補錫青銅強度較低的不足之處，這樣錫青銅可以充分起到良好的耐磨性，這種復合材料除能發(fā)揮兩種材料各自的性能優(yōu)點外還具有較高的結合強度，可實現(xiàn)結構功能一體化，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合強度，綜合性能提聞。
[0005]本發(fā)明所采用的技術方案是，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，一起放在氣氛保護高溫燒結爐中進行液固擴散連接，最后經過退火熱處理、精加工得到錫青銅-不銹鋼雙金屬耐磨件。
[0006]本發(fā)明的特點還在于，
[0007]液固擴散連接的具體操作為:首先對氣氛保護高溫燒結爐充入還原性氣體H2,當氣體純度達到95vol %以上后，開始加熱30?50min至溫度達到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，溫度達到950?1200°C，保溫I?3h，待錫青銅熔液完全將不銹鋼浸潤，并在不銹鋼表面充分地進行液固擴散后冷卻。
[0008]退火熱處理的溫度為300?400°C、時間為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，在液固擴散連接時利用還原性氣體H2作為還原劑，在高溫下與不銹鋼表面鈍化層中的Cr2O3.FeO進行化學反應，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散，實現(xiàn)錫青銅與不銹鋼之間冶金結合，本發(fā)明方法制備得到的雙金屬耐磨件結合界面均勻，不受界面形狀制約，同時還具有較高的結合強度，其界面結合強度可達200Mpa以上，且其制備工藝簡單可靠，綠色環(huán)保。

【專利附圖】

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

【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[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，一起放在氣氛保護高溫燒結爐中進行液固擴散連接，最后經過熱處理，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，一起放在氣氛保護高溫燒結爐中，首先對氣氛保護高溫燒結爐充入還原性氣體H2,當氣體純度達到95vol %以上后，開始加熱30?50min至溫度達到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，溫度達到950?1200°C，保溫I?3h，待錫青銅熔液完全將不銹鋼浸潤，并在不銹鋼表面充分地進行液固擴散后冷卻，得到錫青銅-不銹鋼雙金屬復合材料；
[0016]步驟4，將步驟3得到的錫青銅-不銹鋼雙金屬復合材料經過退火熱處理，溫度為300?400°C、時間為50?80min，消除界面應力，提高綜合力學性能，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，在液固擴散連接時利用還原性氣體H2作為還原劑，在高溫下與不銹鋼表面鈍化層中的Cr2O3.FeO進行化學反應，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散，實現(xiàn)錫青銅與不銹鋼之間冶金結合，本發(fā)明方法制備得到的雙金屬耐磨件結合界面均勻，不受界面形狀制約，同時還具有較高的結合強度，其界面結合強度可達200Mpa以上，且其制備工藝簡單可靠，綠色環(huán)保。
[0018]實施例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機械加工尺寸為(R30/50) X20mm/2鋼背毛坯，同時，準備重量為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材料放在內徑為Φ52X40mm
的鎂砂坩堝中，并置于氣氛保護高溫燒結爐內，對高溫燒結爐充入還原性氣氛H2,當燒結爐內氣體純度95vol %以上后，開始加熱30min，溫度達到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，溫度達到1200°C，保溫lh，待錫青銅QSn7-0.2熔液完全將不銹鋼lCrl8Ni9Ti浸潤，并在不銹鋼lCrl8Ni9Ti表面充分地進行液固擴散后冷卻，獲得錫青銅QSn7-0.2/不銹鋼lCrl8Ni9Ti雙金屬復合材料，將其在箱式熱處理爐內加熱到350°C保溫80min進行去應力，最后，精加工獲得錫青銅QSn7_0.2/不銹鋼lCrl8Ni9Ti雙金屬耐磨件，界面結合強度可達280MPa。
[0021]實施例2
[0022]制備錫青銅QSn4-3/不銹鋼0Crl7Nil4Mo2雙金屬耐磨件，將不銹鋼0Crl7Nil4Mo2機械加工尺寸為(R30/50) X20mm/2鋼背毛坯，同時，準備重量為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材料放在內徑為Φ52X40mm的鎂砂坩堝中，并置于氣氛保護高溫燒結爐內，對高溫燒結爐充入還原性氣氛H2,當燒結爐內氣體純度95vol %以上后，開始加熱45min，溫度達到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，溫度達到950°C，保溫2h，待錫青銅QSn4-3熔液完全將不銹鋼0Crl7Nil4Mo2浸潤，并在不銹鋼0Crl7Nil4Mo2表面充分地進行液固擴散后冷卻，獲得錫青銅QSn4-3/不銹鋼0Crl7Nil4Mo2雙金屬復合材料，將其在箱式熱處理爐內加熱到300°C保溫60min進行去應力，精加工獲得錫青銅QSn4_3/不銹鋼0Crl7Nil4Mo2雙金屬耐磨件，界面結合強度可達270MPa。。
[0024]實施例3
[0025]制備錫青銅ZQSn5Pb5Zn5/不銹鋼0Cr25Ni20雙金屬耐磨件，將不銹鋼0Crl7Nil4Mo2機械加工尺寸為(R30/50) X 20mm/2鋼背毛坯，同時，準備重量為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材料放在熱作內徑為Φ52Χ40πιπι的鎂砂坩堝中，并置于氣氛保護高溫燒結爐內，對高溫燒結爐充入還原性氣氛H2,當燒結爐內氣體純度達到95vol%以上后，開始加熱50min，溫度達到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，溫度達到1050°C，保溫3h，待錫青銅ZQSn5Pb5Zn5熔液完全將不銹鋼0Crl7Nil4Mo2浸潤，并在不銹鋼0Crl7Nil4Mo2表面充分地進行液固擴散后冷卻，獲得錫青銅ZQSn5Pb5Zn5/不銹鋼0Crl7Nil4Mo2雙金屬復合材料，將其在箱式熱處理爐內加熱到400°C保溫50min進行去應力，精加工獲得錫青銅ZQSn5Pb5Zn5/不銹鋼0Cr25Ni20雙金屬耐磨件，界面結合強度可達230MPa。
[0027]圖1為實施例1制備的錫青銅QSn7_0.2/不銹鋼lCrl8Ni9Ti雙金屬耐磨件界面過渡區(qū)組織，圖1中I區(qū)為不銹鋼ICrlSN1Ti組織、2區(qū)結合層組織、3區(qū)為錫青銅QSn7_0.2組織，結合界面組織分別與不銹鋼和錫青銅進行了冶金結合，因此，得到了較高的界面結合強度。
【權利要求】
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，一起放在氣氛保護高溫燒結爐中進行液固擴散連接，最后經過退火熱處理，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，液固擴散連接的具體操作為:首先對氣氛保護高溫燒結爐充入還原性氣體H2,當氣體純度達到95vol %以上后，開始加熱30?50min至溫度達到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，溫度達到950?1200°C，保溫I?3h，待錫青銅熔液完全將不銹鋼浸潤，并在不銹鋼表面充分地進行液固擴散后冷卻。
3.根據(jù)權利要求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、時間為50?80min。
【文檔編號】C21D1/26GK104259434SQ201410471572
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權日:2014年9月16日
【發(fā)明者】鄒軍濤, 梁淑華, 楊曉紅, 王獻輝, 肖鵬, 楊鑫 申請人:西安理工大學