[发明专利]一种铜基粉末冶金复合材料与钢的连接方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种异种材料的连接方法，尤其涉及一种铜基粉末冶金复合材料与钢的连接方法，属于异种材料熔化扩散连接领域。

背景技术：

刹车片是高速列车的关键部件，其性能好坏直接决定列车的运行安全性和行驶舒适性。铜基粉末冶金刹车片因高导热性、高稳定性、较高的耐磨性和环境友好性，是目前时速200公里以上高速列车通用的制动刹车材料。

为确保摩擦材料满足要求的摩擦系数和较高的耐磨性，铜基粉末冶金摩擦材料中除包含金属铜粉和铁粉等金属增强成分外，必须包含较大量的润滑组元石墨粉和增磨组元陶瓷粉，所有粉体经均匀混合、模压成型、烧结致密化，形成复合摩擦材料。但这种包含大量石墨和陶瓷组元的摩擦材料强度有限，单独使用承力不足，并带来装配困难和制动损坏，需要用钢材料作为支撑背板，即钢背。为了保证刹车片的高导热性和使用过程安全可靠性，摩擦材料与钢背需要紧密无缝高强度连接。由于复合摩擦材料与钢背在物理性能、热膨胀性能方面差异巨大，常用的铆接、焊接技术均不适用。

为此，本发明采用热压熔化扩散连接技术连接铜基粉末冶金摩擦材料和钢背，通过加入含有铜铁组分的中间层减小两种连接材料的热膨胀系数差异，防止热应力开裂，从而提高连接强度，确保制动安全。

发明内容：

本发明目的在于解决铜基粉末冶金复合材料与钢异种材料之间高强度连接问题。

铜基粉末冶金复合材料与钢的连接方法，包括以下步骤：

步骤一、将包含有铜粉、铁粉、石墨粉、陶瓷粉的复合粉体在模具内压制成型，获得模压块，其中铜粉含量占复合粉总质量的45-55%，铁粉含量占复合粉总质量的25-35%，石墨粉含量占复合粉总质量的10-15%，陶瓷粉含量占复合粉总质量的1-5%；在模压块的连接面边缘涂施有机粘结剂；

步骤二、对钢背进行喷砂处理；对处理后的钢背进行镀铜，镀层厚度在0.05-0.75毫米；

步骤三、向镀铜钢背上铺洒含有铜、铁和其他低熔点金属粉，形成中间层，厚度在1-1.5毫米范围；

步骤四、将涂有粘接剂的模压块和涂有中间层的钢背叠放，在钟罩炉中2-6MPa压力、850-950℃温度下烧结1-2小时，实现铜基粉末冶金摩擦材料与钢背的高强度连接。 

所述的铜基粉末冶金复合材料与钢的连接方法，其特征在于：所述的镀铜的厚度为0.05-0.75毫米。

所述的中间层粉末包括质量分数为45%-65%的铜粉、25%-35%铁粉和10%-20%其他低熔点金属粉。

所述的模压块的连接面边缘涂施有机粘接剂为浓度30%的环氧树脂丙酮溶液。

所述的其他低熔点金属粉为熔点低于铜熔点的金属粉。

首先将包含有铜粉、铁粉、石墨粉、陶瓷粉的复合粉体在模具内压制成型，获得模压块。在模压块的连接面边缘涂施30%浓度的环氧树脂丙酮有机粘结剂，便于与钢背粘接，也便于粘接块的挪动转移；采用Q195、Q235钢或16Mn等钢作为钢背材料，对钢背喷砂处理，使钢背表面获得一定的清洁度和粗糙度，并改善其机械性能；对处理后的钢背进行镀铜，镀层厚度在0.05-0.75毫米范围；向镀铜钢背上铺洒含有铜、铁和其他低熔点金属的合金粉，形成中间层，厚度在1-1.5毫米范围；将涂有粘接剂的模压块和涂有中间层的钢背叠放，在钟罩炉中2-6MPa压力、850-950℃温度下烧结1-2小时，实现铜基粉末冶金摩擦材料与钢背的高强度连接。 

采用上述工艺方法形成的连接界面致密无裂纹，经剪切试验测试，断裂在摩擦材料内而不是连接界面处，表明两种材料的连接强度高于摩擦材料强度，连接强度在11.22 MPa -19.35 MPa之间,远高于使用要求的4.5 MPa。

具体实施方式：

实施例1：