CuPb20Sn5/20钢双金属复合材料制备及性能研究

摘要

本文采用了传统的重力铸造方法成功地制备了CuPb20Sn5-20钢双金属复合材料，并对其进行了往复式摩擦试验。采用剪切试验检测了双金属复合强度，利用金相显微镜和SEM观察了铜铅合金的组织以及界面形貌，并通过EDS分析复合界面上的元素扩散分布及其对界面结合强度的影响。系统地研究了复合工艺对CuPb20Sn5-20钢双金属复合材料界面结合强度、微观组织的影响以及对复合材料工作面的摩擦磨损行为进行分析。本文的主要研究工作和所获得的结论如下:
　　(1)通过预试验及分析确定钢基底表面涂挂饱和ZnCl2水溶液较其他处理方法更适合本课题方案，解决了该复合材料界面的夹渣或氧化的难题，且获得良好的界面结合强度。
　　(2)随着模具预热温度的提高，铜铅合金的凝固速度降低，延长了界面的高温停留时间，增加了复合界面扩散层厚度，从而提高了界面结合强度。将石墨模具的预热温度控制在600℃时，复合材料的界面结合强度高且铜铅合金组织性能优秀。
　　(3)当钢基底的预热温度为400℃时，饱和ZnCl2涂层能够很好保护钢表面不被氧化，从而减少近界面处的铅相。此时，复合界面剪切强度能够达到183.94MPa。降低预热温度会降低界面强度，但过多提高预热温度则会引起钢表面的轻微氧化和铅相在近界面上的增加，从而导致界面强度的降低。
　　(4)在同样模具和钢基底预热温度下，1050℃浇铸铜铅合金能得到优秀的合金组织及界面强度。降低铜铅合金的浇铸温度虽能使铜铅合金组织中铅相分布更加均匀细小，但会造成界面扩散不充分，会降低复合界面强度;反之，提高浇铸温度到1150℃虽然能保证界面达到理想复合强度，但铅烧损量增加，铜铅合金性能不能达到要求。
　　(5)铜-钢扩散层厚度和界面剪切强度间为正相关关系。界面夹杂或近界面的铅是断裂的多发部位。
　　(6)本试验得到的复合材料经过往复式摩擦磨损未见失效，且性能符合要求。