[发明专利]一种铝钢复合材料及其电弧增材制备方法

说明书

本发明公开了一种铝钢复合材料及其电弧增材制备方法。该材料由铝合金层和钢层组成，其中铝合金层为含有以下重量百分比的各组分：20～23wt.％的Sn，0.75～0.85wt.％的Cu，0.05～0.06wt.％的Si，余量为Al。该材料的制备工艺为：(1)制备铝锡合金药芯丝材。(2)将该铝锡合金药芯丝材电弧增材到钢板表面，得到铝/钢复合材料。采用上述技术方案，本发明将CMT电弧增材技术作为轴承合金/钢的新型复合工艺，制备的材料结合强度高，组织均匀，具有优异的减磨耐磨性和高承载性能。

技术领域

本发明涉及铝钢复合材料及制备方法，特别涉及一种铝钢复合材料及其电弧增材制备方法。

背景技术

铝基轴承合金具有较高的疲劳性能、较强的承载能力、良好的适应性、嵌藏性、耐磨性、抗咬合能力及耐蚀性，是轻、中负载内燃机的滑动轴承的主要制作材料。其中又以Al-Sn系轴承合金应用最为广泛。但目前复合轴承合金与钢背的方法都存在难以避免的缺点：固-固相复合法制造的双金属界面基本为机械结合，结合强度低，对成件的使用寿命有不利影响；固-液相复合法难以解决比重偏析问题，影响轴承样品的摩擦性能；半固-固相复合需要助焊剂、表面预热、机械搅拌等工序，操作复杂且难以大批量连续生产。所以目前缺乏一种既能满足结合强度高、组织成分均匀、生产效率高又高的轴承合金复合方法。

CMT电弧增材技术生产灵活、产品精度高、可以连续生产；成型过程中存在高温液相，能够产生冶金结合；并且具备热输入量低、无飞溅等优点，非常适用于铝合金等低熔点金属。目前针对CMT铝钢异种金属焊接的研究重点关注影响结合性能的金属间化合物层，还研究了Si、Zn等元素对金属间化合物层生长的抑制作用。但这些研究主要目的是连接钢板和铝板，获得更加牢固的接头；并且对于添加Sn等轴承合金中的元素对结合性能的影响处于空白。换言之，CMT电弧增材尚未用于铝基轴承合金-钢的复合制造中。

发明内容

发明目的：本发明是提供一种结合强度高、具有良好的减摩耐磨性能和承载性能的铝钢复合材料。

本发明另一目的是提供所述铝钢复合材料的电弧增材制备方法。

技术方案：本发明所述的铝钢复合材料，包括钢层和覆盖于钢层上的铝锡合金层，其特征在于：在所述钢层与铝锡合金层的结合界面除了Fe-Al相还存在含Sn层，所述铝合金包括：Al、Sn、Cu和Si，各组分的重量百分比为：20～23wt.％的Sn，0.75～0.85wt.％的Cu，0.05～0.06wt.％的Si，余量为Al；所述铝锡合金层是由所述组份按上述比例混合制备的铝锡合金药芯丝材，并通过CMT数字式逆变焊接电源将所述铝锡合金药芯丝材电弧增材到钢板表面。

进一步地，所述电弧增材的工艺参数为：电流65A～95A，电压100％avp，氩气流量18～20L/min，摆动幅度为8mm，增材速度7～10cm/min，摆动频率1.0～4.0Hz。

进一步地，所述铝锡合金药芯丝材的制备工艺如下：将4043铝合金轧制成U形断面形状，再把按剂量配好的800目高纯Sn粉、1000目高纯Cu粉填加到U形带材料中，用压轧机轧紧，最后经拉拔制出成分为20～23wt.％Sn、0.75～0.85wt.％Cu、0.05～0.06wt.％Si、余量为Al，直径为1.6mm的药芯焊丝。

所述的铝钢复合材料的电弧增材制备方法，包括如下步骤：

(1)先将钢背处理干净，打磨表面去除锈迹，用酒精擦拭表面，晾干，将钢板预热至90～120℃；

(2)采用CMT数字式逆变焊接电源，将铝锡合金药芯丝材电弧增材到钢板表面并得到铝钢结合界面上分布含Sn层的铝钢复合材料。

电弧增材工艺：把铝锡合金药芯丝材从钢板表面的一侧铺至另一侧，将铝锡合金药芯丝材接电源正极，钢板接电源负极，通电后，两极之间产生电弧，丝材受电弧热作用熔化形成熔滴，熔滴摊铺钢板上形成一条增材带，得到铝钢结合界面上分布含Sn层的铝钢复合材料。