[发明专利]具有高结合强度的铜/钢复合材料及制备方法

说明书

本发明公开具有高结合强度的铜/钢复合材料，包括依次设置的硅青铜焊丝层、中间层及低碳钢层；硅青铜焊丝层由硅青铜焊丝堆焊制得，中间层由中间层药芯焊丝熔覆制得，低碳钢层为低碳钢板。该复合材料使用的中间层药芯焊丝能够有效减少铜/钢界面的液化裂纹以及残余应力，所制备的高结合强度铜/钢复合材料具有良好的力学性能。还公开了具有高结合强度的铜/钢复合材料的制备方法。

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种具有高结合强度的铜/钢复合材料，还涉及一种具有高结合强度的铜/钢复合材料的制备方法。

背景技术

铜具有优异的延伸性和优良的导电、导热性，是一种常用的工业金属材料，在众多领域中应用广泛。然而，铜的强度较低，使用时易变形，其价格昂贵，这些问题都阻碍着铜及其合金的长远发展。钢材的价格低且强度较高，可以弥补铜在力学性能上以及成本的劣势，与铜复合后可以充分发挥铜的使用特性，且充分利用钢材的力学性能。铜/钢复合材料具有优良的综合力学性能，有很好的经济效益。因此铜/钢复合结构件广泛应用于军工、电力电子领域。

目前铜/钢复合材料主要采用爆炸焊的方式进行制备，这种方法操作危险，制备精度低，材料利用率低，更重要的是在超厚板制备过程中，往往会在界面处发生开裂，从而导致铜钢复合材料的失效。而采用熔焊的方式制备铜钢复合材料无法避免铜钢界面处的渗透裂纹，为解决铜/钢复合材料的制备工艺复杂，设计并开发了一种铜基药芯焊丝，旨在解决铜/钢界面焊接时存在的渗透裂纹及残余应力过大的问题。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种具有高结合强度的铜/钢复合材料，通过选择特定的药芯焊丝作为中间层，使得到的复合材料具有良好的力学性能，能够满足制备这种高结合强度的铜/钢复合材料的使用要求。

本发明的第二个目的是提供一种具有高结合强度的铜/钢复合材料的制备方法。

本发明所采用的第一个技术方案是，具有高结合强度的铜/钢复合材料，包括依次设置的硅青铜焊丝层、中间层及低碳钢层；

硅青铜焊丝层由硅青铜焊丝堆焊制得，中间层由中间层药芯焊丝熔覆制得，低碳钢层为低碳钢板。

本发明的特征还在于，

中间层药芯焊丝包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：钴粉25％～30％；铁粉4％；锰粉2％；钼粉5％～10％；硅粉1.5％；碳粉1.5％；铜粉作为余量，以上组分质量百分比之和为100％，药芯焊丝外皮为铜带，填充率为30wt.％-32wt.％。

本发明所采用的第二个技术方案是，具有高结合强度的铜/钢复合材料的制备方法，具体操作步骤为：

步骤1：中间层药芯焊丝的制备：

按质量百分比分别称取原料粉末：钴粉25％～30％；铁粉4％；锰粉2％；钼粉：5％～10％；硅粉1.5％；碳粉1.5％；铜粉作为余量；以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：将上述称取好的原料粉末作为药芯，以铜带作为焊丝外皮，填充率为30wt.％-32wt.％，通过拉丝机制成所需的焊丝，采用马弗炉对制备好的焊丝进行烘干处理；

步骤3：选择低碳钢板作为工件基材，利用角磨机打磨表面氧化皮，打磨结束后采用超声清洗设备清除杂质，然后将低碳钢板置于干燥炉中保存待用；

步骤4：预热步骤3准备的低碳钢板，然后采用交流TIG焊机在低碳钢板上熔覆步骤2所制备的药芯焊丝，完成低碳钢层-中间层的制备，中间层的堆积高度为5mm～10mm；

步骤5：打磨步骤4中所得板材出现的氧化皮，并采用硅青铜焊丝堆焊在中间层表面形成硅青铜焊丝层，堆积高度为20mm～40mm；

步骤6：待步骤5中的试样冷却至室温，用机械清理的方式打磨表面的杂质，去除焊后浮渣，以便于试验取样。