一种小型钢件的表面覆铜方法技术

本发明专利技术涉及一种小型钢件的表面覆铜方法，包括下述步骤：将小型钢件表面处理后，置于耐高温模具中装配定位，使得钢件待覆铜表面与耐高温模具的内壁之间存在间隙，并且该间隙的大小与所需覆合铜层的厚度相同；然后，在还原性保护气氛炉中加热，使铜熔体充满钢件与模具之间的间隙；最后，钢件在还原性保护气氛中冷却，即制得表面覆铜的钢件。本发明专利技术通过定制石墨成型模具来调整钢件与石墨成型模.内壁之间的间隙，达到控制铜层厚度；使钢铜二种金属在高温下的结合条件达到最佳状态，铜钢界面达到冶金结合，使铜钢覆合件具有高导电性和高致密性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属复合材料
，具体涉及在钢基表面覆合铜层并控制铜层厚度的方法。
技术介绍
目前钢材的热浸镀铜技术只能在钢线上覆铜，碳钢和不锈钢的板材、管材、及结构件的热浸镀铜尚是空白。涉及到短小规格钢材的板材、管材及结构件的覆铜只能采用电镀的方法，镀层与基体结合差、难以获得较厚镀层，生产率低，且电镀废液污染环境。现有铜钢复合板都是采用“表面处理-轧制复合-扩散退火”的方法制得。铜钢复合管是在此基础上再进行制管成型焊接制成。铜钢复合板材和管材是一种原材料，不是最终的产品，在加工成最终产品时，必须要经过切割后，才能加工成最终的短小连接件和零配件，切割后管材的端面和板材的多个切口端面钢基层外露，失去铜层保护，在稍微潮湿环境中钢基层就会生锈腐蚀，因此只能在干燥环境中使用。如加工后的零件要进行焊接连接，失去铜层保护的钢基层会首先氧化，给焊接带来不利,造成可见的和潜在的焊接缺陷，因此，现有技术的钢铜复合板和复合管没有解决端面铜层保护的问题，其使用范围受到一定的限制。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种钎焊法、热浸法或二者组合的方法，利用石墨耐高温、不变形、与铜钢不互溶、表面润滑性好、硬度较低、冷却后与铜不粘结的特点，制作成型模；将成型模与钢件装配成中间有间隙的工件整体，在高温还原性气氛保护炉中，使氢气将钢件表面的氧化铜、铁还原，然后使熔融的铜熔体流入充满成型模与钢件的间隙，使铜钢二种金属在高温无氧的条件下浸润、扩散互溶生成新的合金结构。本专利技术采用的技术方案是：一种小型钢件的表面覆铜方法，包括下述步骤：将小型钢件表面处理后，置于耐高温模具中装配定位，使得钢件待覆铜表面与耐高温模具的内壁之间存在间隙，并且该间隙的大小与所需覆合铜层的厚度相同；然后，在还原性保护气氛炉中加热，使铜熔体充满钢件与模具之间的间隙；最后，钢件在还原性保护气氛中冷却，即制得表面覆铜的钢件。优选地，所述的表面覆铜方法包括以下步骤:(1)表面处理：去除钢件表面的油污和锈迹并烘干；(2)光亮退火处理：将表面处理后的钢件放入还原性保护气氛炉中进行光亮退火处理；(3)涂熔剂：在待覆铜的钢件表面涂上熔剂；(4)装配：将上述钢件放入相应的耐高温成型模具中，装配成中间有间隙的工件整体，钢件上下两端面与模具呈线状或点状接触，钢件待覆铜表面与模具之间存在间隙，并且该间隙的大小和所需覆合的铜层厚度相同；(5)加热覆铜：将上述放有钢件的耐高温模具放入还原性保护气氛炉中预热至800-1100℃，然后使得950-1250℃的铜熔体充满钢件与模具之间的间隙；(6)冷却，在还原性保护气氛中冷却，即制得表面覆有铜层的钢件。优选地，所述步骤(2)中光亮退火处理的温度为700-1100℃，且还原性保护气氛炉内的保护气体为100％的氢气；或者体积含量为25％的氮气+75％的氢气。优选地，所述步骤(5)为预先将定量的固体铜放入耐高温模具和钢件的间隙中，然后再继续加热至950-1250℃，保持该温度5-15min后停止加热。优选地，所述步骤(5)为将耐高温模具和钢件浸没于盛放有铜熔体的坩埚内，待6-30秒后取出。优选地，所述钢件为管件，所述耐高温模具为圆筒状，其横截面整体呈“山”字形，模具中间设有定位柱，定位圆柱可以和模具一次加工成形；也可以设计成活动定位棒和模具底部开孔的方式，定位棒在开有孔的模具底部或上部插入。模具内底部还对称设有至少三个用于钢件定位的凸起的三角形锥体。三角形锥体用以保证模具底部与钢件端面的间隙。优选地，所述钢件为板材，模具内底部还对称设有至少三个用于钢件定位的凸起的三角形锥体。三角形锥体用以保证模具底部与钢件端面的间隙。本专利技术的耐高温模具应选择熔点至少大于铜熔点的耐高温材料，比如石墨及其他高温耐火材料。优选地，所述的耐高温模具为石墨模具。优选地，所述钢件为板材或管材，钢材的材质为碳钢或不锈钢，所述钢件覆合铜层为紫铜(纯铜)或者铜合金。所述铜合金包括黄铜﹑青铜﹑白铜等。优选地，所述铜合金为H62黄铜。本专利技术提供了一种在小型碳钢和不锈钢的板材、管材表面进行覆合铜层的工艺方法，达到最终产品表面全覆铜，也可根据需要局部覆合铜，使铜钢覆合技术能应用于纯铜能应用的所有环境和场合，从而弥补了目前铜钢复合板和复合管使用范围的局限性，满足了钢件防腐、传热、导电、焊接的要求，具有成本低、操作方便、使用灵活等优点。本专利技术的覆铜方法通过自动化设备可以进行自动化大批量生产。本专利技术的有益效果在于：(1)通过在钢件表面前处理工序中增加光亮退火工序，把氧化物还原成纯净钢基，钢件表面程金属光泽，避免钢件表面的氧化物和杂质带入模具内；(2)利用了石墨的诸多特性，通过定制石墨成型模具来调整钢件与石墨成型模.内壁之间的间隙，达到控制铜层厚度；(3)通过在钢件表面涂上熔剂，去除钢件表面零星氧化物，增强界面结合效果。增强铜液的流动铺展性，使覆合的铜层表面光滑致密，冷却后更容易脱模；(4)通过在铜钢覆合阶段采用还原性气氛保护，能防止钢件再次氧化和脱碳，使铜和钢之间发生完全的固溶反应形成致密的固溶层；(5)采用多重保障措施，使钢铜二种金属在高温下的结合条件达到最佳状态，铜钢界面达到冶金结合，使铜钢覆合件具有高导电性和高致密性。附图说明图1是本专利技术实施例1采用的耐高温模具的结构示意图；图2是本专利技术实施例2采用的耐高温模具的结构示意图；图3是本专利技术实施例3采用的耐高温模具的结构示意图；图4是本专利技术实施例4采用的耐高温模具的结构示意图；具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术所要保护的范围并不限于此。实施例1-1不锈钢管内外表面全部覆铜设小型钢件为304不锈钢管，长度100mm，外径30mm，内径27mm，厚度1.5mm。在石墨圆棒的端面机械加工一个深度101mm、外径31mm、内径26mm的端面槽，即得到一个石墨模具1(如图1所示)，其横截面呈“山”字形，中部的圆柱伸入管子内壁定位，定位圆柱可以和模具一次加工成形；也可以设计成活动定位棒和模具底部开孔的方式，定位棒在开有孔的模具底部或上部插入。圆柱端面可以高于成形模端面,底面上还设有至少三个凸起的高度为0.5mm的三角形锥体2，该锥体尖端与管件端面呈线状或者点状接触，以保证模具底部与管件端面0.5mm的间隙，3为成型腔。石墨模具制作完成后清除内孔灰尘杂质，放在200-300℃的烘箱内烘干2-4小时，除去石墨模具中的水分，在炉中随炉冷却备用。对不锈钢管进行表面覆铜的方法为：(1)钢管件表面处理：用70-80℃的热水洗净钢管件表面的油污、杂质和灰尘，并烘干钢管件表面的水份；(2)光亮退火处理：将钢管件放在还原性保护气氛炉中进行光亮退火处理，温度控制在900-1100℃，保护气体为100％的氢气。(3)涂熔剂：将钢管件内外表面涂上熔剂并烘干；(4)装配：将成型模与钢管件装配成中间有间隙的工件整体，钢管件的上下两端面与模具呈线状或点状接触，钢管件内外表面与成型模具之间存在间隙，并且该间隙的大小和待覆合的铜层厚度相同，然后将工件整体放进保护气氛炉内带有升降功能的专用夹具上固定夹紧；(5)加热覆铜：保护气体按步骤(2)，炉内设置有二套加热控制系统，一套控制炉内加热温度800-1100℃，对放有钢件的石墨模具和钢件整体进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型钢件的表面覆铜方法，其特征在于包括下述步骤：将小型钢件表面处理后，置于耐高温模具中定位装配，使得钢件待覆铜表面与耐高温模具的之间存在间隙，并且该间隙的大小与所需覆合的铜层厚度相同；然后，在还原性保护气氛炉中加热，使铜熔化并使铜熔体充满钢件与耐高温模具之间的间隙；最后，钢件在还原性保护气氛中冷却，即制得表面覆有铜层的钢件。

【技术特征摘要】
1.一种小型钢件的表面覆铜方法，其特征在于包括下述步骤：将小型钢件表面处理后，置于耐高温模具中定位装配，使得钢件待覆铜表面与耐高温模具的之间存在间隙，并且该间隙的大小与所需覆合的铜层厚度相同；然后，在还原性保护气氛炉中加热，使铜熔化并使铜熔体充满钢件与耐高温模具之间的间隙；最后，钢件在还原性保护气氛中冷却，即制得表面覆有铜层的钢件。2.根据权利要求1所述的小型钢件的表面覆铜方法，其特征在于包括以下步骤:(1)表面处理：去除钢件表面的油污和锈迹并烘干；(2)光亮退火处理：将表面处理后的钢件放入还原性保护气氛炉中进行光亮退火处理；(3)涂熔剂：在待覆铜的钢件表面涂上熔剂；(4)装配：将上述钢件放入相应的耐高温成型模具中，装配成中间有间隙的工件整体，钢件上下两端面与模具呈线状或点状接触，钢件待覆铜表面与模具的之间存在间隙，并且该间隙的大小和所需覆合的铜层厚度相同；(5)加热覆铜：将上述成型模具和钢管件工件整体放入还原性保护气氛炉中预热至800-1100℃，然后使950－1250℃的铜熔体充满钢件与耐高温模具之间的间隙；(6)冷却，在还原性保护气氛中冷却，即制得表面覆有铜层的钢件。3.根据权利要求1所述的小型钢件的表面覆铜方法，其特征在于：所述步骤(2)中光亮退火处理的温度为700-1100℃，且还原性保护气氛炉内...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永秋，王芳，
申请(专利权)人：新昌县七星街道高欣机械厂，
类型：发明
国别省市：浙江;33