[发明专利]一种合金钢/铜合金整体材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于异质金属材料连接的技术领域，具体涉及一种合金钢/铜合金整体材料的制备方法。

背景技术

合金钢具有较高的强度、硬度、韧性、塑性和一定的可焊性，常被用来作为工程结构中的结构材料。铜合金具有良好的耐磨性和传导性。若将合金钢与铜合金两种异质材料通过材料加工的方法连接在一起，制备成合金钢/铜合金整体材料构件，将会协同发挥这两种材料各自的性能优势，实现结构-功能一体化，也将满足一些工程机械关键部件对材料的特殊要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种合金钢/铜合金整体材料的制备方法，能够协同发挥这两种材料各自的性能优势，满足一些工程机械关键部件对材料的特殊要求。

本发明技术方案为一种合金钢/铜合金整体材料的制备方法，首先将铜合金与合金钢机械加工成圆筒状，将铜合金的外表面和合金钢的内表面加工成互相配合镶嵌的齿形结构；其次，对两类加工好的部件表面进行洁净化处理；再次，在保护气氛环境中对合金钢筒进行加热；然后，将铜合金圆筒压入合金钢圆筒中；最后，对镶嵌成型的合金钢/铜合金整体构件材料在氢气炉中进行保温，等两者形成稳定连接后，冷却。

本发明的特点还在于，

具体按照以下步骤实施：

步骤1，机械加工

将铜合金与合金钢经机械加工成为圆筒形结构，所述铜合金圆筒的内壁为沿铜合金圆筒轴向延伸的齿形结构，合金钢圆筒外壁为沿合金钢圆筒轴向延伸且与铜合金圆筒内壁相配合的齿形结构，且使铜合金圆筒齿形外径与合金钢圆筒齿形内径的公差范围为在室温条件下铜合金圆筒不能装入合金钢圆筒中；

步骤2，合金钢与铜合金表面处理

对步骤1加工好的合金钢圆筒与铜合金圆筒，首先，用汽油冲洗表面残留物，再次用超声波清洗残留在表面的油污；

步骤3，高温镶嵌

将步骤2表面处理完成的合金钢圆筒放置于气氛保护炉内，将合金钢圆筒加热到200-400℃使其膨胀，保温10-30分钟后将合金钢圆筒移出炉外，将步骤2中处理好的铜合金圆筒快速压入合金钢圆筒中，完成热装，得到合金钢/铜合金整体材料构件；

步骤4，高温还原条件下的固态扩散连接

将步骤3完成热装后的合金钢/铜合金整体材料构件继续放入氢气气氛保护炉内进行二次加热，加热温度为700-1000℃，保温1-3小时，随炉冷却后进行机加工，即成。

步骤3中所述气氛保护炉中保护气体为氮气。

步骤4中所述气氛保护炉内还原气体为氢气。

本发明的有益效果是，利用合金钢和铜合金两者的热膨胀系数差异，通过热装的方式将铜合金与合金钢镶嵌在一起，实现两者的过盈配合；在随后的高温还原气氛条件下保温一定时间，同时利用还原气氛还原表面的氧化物和高温下铜合金的膨胀大于合金钢的膨胀而产生的压应力，促使铜合金与合金钢之间固相扩散更充分，形成高强度的冶金结合。

附图说明

图1为本发明合金钢/铜合金整体材料的制备方法的工艺流程图；

图2为本发明的方法中制备铜合金的齿形结构图；

图3为本发明的方法中制备合金钢的筒形结构图；

图4为本发明的方法中制备合金钢/铜合金整体材料构件示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供一种合金钢/铜合金整体材料的制备方法，首先将铜合金与合金钢机械加工成圆筒状，将铜合金的外表面和合金钢的内表面加工成互相配合镶嵌的齿形结构；其次，对两类加工好的部件表面进行洁净化处理；再次，在保护气氛环境中对合金钢筒进行加热；然后，将铜合金圆筒压入合金钢圆筒中；最后，对镶嵌成型的合金钢/铜合金整体构件材料在氢气炉中进行保温，让铜合金与合金钢发生固态扩散，等两者形成稳定连接后，冷却。如图1所示，按照以下步骤实施：

步骤1，机械加工

将铜合金与合金钢经机械加工成为圆筒形结构。如图2所示，所述铜合金圆筒的内壁为沿铜合金圆筒轴向延伸的齿形结构；如图3所示，合金钢圆筒外壁为沿合金钢圆筒轴向延伸且与铜合金圆筒内壁相配合的齿形结构，且使铜合金圆筒齿形外径与合金钢圆筒齿形内径的公差范围为在室温条件下铜合金圆筒不能装入合金钢圆筒中；

步骤2，合金钢与铜合金表面处理

对步骤1加工好的合金钢圆筒与铜合金圆筒，先用汽油冲洗表面残留的油污和杂质；再用超声波进一步清洗；

步骤3，高温镶嵌