一种氧化铝铜与钢的焊接方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种氧化铝铜与钢的焊接方法及其应用，涉及粉末冶金技术领域。该焊接方法包括：将填充有实心钢芯和氧化铝铜粉的模具进行冷等静压成型，随后取出冷压坯；将冷压坯装入包套内，进行热等静压成型，随后去除包套；其中，所述氧化铝铜粉至少与所述实心钢芯的一个端面接触。该焊接方法能够实现氧化铝铜与实心钢体的焊接，同时可获得高强度的耐高温焊接界面，工艺稳定性好，焊接界面缺陷少，焊接质量可靠性高，制备获得的焊件可以广泛应用于高速电机转子中。

A welding method of alumina copper and steel and its application

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铝铜与钢的焊接方法及其应用
本专利技术涉及粉末冶金
，具体而言，涉及一种氧化铝铜与钢的焊接方法及其应用。
技术介绍
Al2O3弥散强化铜合金中的强化相Al2O3粒子以纳米级尺寸均匀弥散分布于铜基体内，在接近铜基体熔点的高温下也不会溶解或粗化，因而该合金兼具高强高导电性能、良好的抗高温软化能力以及优异的高温稳定性，是一种优异的电工材料。高速电机具有转速高、功率密度大、可靠性高、体积小，噪声低，效能高、维护成本低和便于实现直驱等优点，在高端装备、国防、环保、能源等领域应用前景十分广阔。在高速电机运转过程中，转子中始终存在着铜损、铁损和风磨耗等各种损耗，并转化成热量产生在电机转子部件上，最终导致转子温度上升。随着转子速度提高，转子温升相应加剧。同时，在高速旋转时，转子部件承受着巨大的离心力。这对转子的强度和耐高温性能提出了很高的要求。带铜屏蔽层或导条(统称铜导条)的实心钢转子具有较高的强度，而且铜导条能够为电流提供通路可以有效减小一部分涡流，在高速电机中被广泛使用。纯铜在温度较高的情况下会发生软化现象，因此在高速电机的设计中，主要采用铜合金作为转子导条材料。导条的选择，要综合考虑机械强度和转子铜耗，在保证机械强度的情况下，应选择电导率较大的铜合金。根据计算模拟，当转子速度达到60000转/分钟时，转子的温升接近200℃，产生的轴向离心力约为200MPa。这对导条材料的高温强度和耐高温性能提出了很高的要求。Al2O3弥散强化铜合金是一种理想的高速电机转子导条备选材料。但是，由于氧化铝粒子的阻碍作用，氧化铝弥散强化铜和实心钢体(40CrNiMoA)之间很难形成高强度、耐高温的结合界面，其在高速电机转子中的应用也受到了制约。鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种氧化铝铜与钢的焊接方法，其能够实现氧化铝铜与实心钢体的焊接，同时可获得高强度的耐高温焊接界面，工艺稳定性好，焊接界面缺陷少，焊接质量可靠性高。本专利技术的目的在于提供一种氧化铝铜与钢的焊接方法在高速电机中的应用，使得氧化铝铜在高速电机转子中的应用得到发展。本专利技术的目的在于提供一种带有铜导条的实心钢转子，其可以广泛应用于高速电机转子中。本专利技术是这样实现的：第一方面，实施例提供一种氧化铝铜与钢的焊接方法，其包括：将填充有实心钢芯和氧化铝铜粉的模具进行冷等静压成型，随后取出冷压坯；将所述冷压坯装入包套内，进行热等静压成型，随后去除所述包套；其中，所述氧化铝铜粉至少与所述实心钢芯的一个端面接触。在可选的实施方式中，所述氧化铝铜粉与所述实心钢芯的两个端面接触；优选地，所述氧化铝铜粉还与所述实心钢芯的圆周面接触。在可选的实施方式中，所述实心钢芯和所述氧化铝铜粉填充于所述模具的方法包括：将所述实心钢芯置于所述模具的正中心，然后填充所述氧化铝铜粉并振实；或者；将氧化铝铜粉填充至模具中至一定厚度，随后将实心钢芯装入模具中，继续用所述氧化铝铜粉填充所述模具与所述实心钢芯之间的间隙并填满所述模具。在可选的实施方式中，于180～200MPa的压强进行所述冷等静压成型5～6分钟。在可选的实施方式中，于150～180MPa的压强下，在900～950℃保温2～3小时以进行所述热等静压成型。在可选的实施方式中，在进行所述热等静压成型之前，将装有所述冷压坯的所述包套经真空热脱气密封。在可选的实施方式中，在将所述实心钢芯装入所述模具中之前，先对所述实心钢芯的表面进行除锈和粗糙化处理；优选地，所述除锈和粗糙化处理包括采用80～100目砂轮打磨所述实心钢芯表面，去除厚度为0.3～0.5mm。在可选的实施方式中，在进行所述除锈和粗糙化处理后，还包括将所述实心钢芯进行清洗并于80～90℃干燥；优选地，采用真空烘干的方式进行干燥。在可选的实施方式中，所述氧化铝铜粉的粒径为10～74微米。在可选的实施方式中，所述氧化铝铜粉中氧化铝的质量含量占所述氧化铝铜粉的0.3％～0.5％。第二方面，实施例提供一种如根据前述实施方式任一项所述的氧化铝铜与钢的焊接方法在高速电机中的应用。第三方面，实施例提供一种带有铜导条的实心钢转子，其是采用如前述实施方式任一项所述的氧化铝铜与钢的焊接方法制备而成。本专利技术具有以下有益效果：本申请通过利用氧化铝铜粉与实心钢芯进行装配，在利用热等静压使氧化铝铜粉固结的同时，实现了与钢材的焊接。与使用氧化铝铜块材与钢芯直接扩散焊接或钎焊相比，本专利技术不仅可以获得高强度的耐高温焊接界面，而且工艺稳定性好，焊接界面缺陷少，焊接质量可靠性高。而且使用氧化铝铜粉具有更高的灵活性，可以方便地实现氧化铝铜与钢体之间各种不规则曲面如凹槽、盲孔等的焊接，材料利用率高。本专利技术解决了氧化铝铜与钢材的高强度焊接问题，可以用于制备高强度、耐高温的带铜屏蔽层或导条的高速电机实心钢转子及其他相关应用。此外，本申请实施例提供了氧化铝铜与钢的焊接方法在高速电机中的应用，尤其是，由氧化铝铜与钢的焊接方法制备而成的带有铜导条的实心钢转子在高速电机中的应用，其极大的扩展了氧化铝铜粉和实心钢芯的焊接材料的应用领域。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本申请实施例提供的拉伸试验的实物图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本申请提供了一种氧化铝铜与钢的焊接方法，其包括如下步骤：S1、原料填充步骤。将实心钢芯和氧化铝铜粉填充于模具内。其中，将实心钢芯和氧化铝铜粉填充至模具的方法有多种，只要能够实现将氧化铝铜粉与实心钢芯的至少一个端面接触即可。具体到本实施例中，实心钢芯为圆柱形，氧化铝铜粉与实心钢芯的两个端面接触；优选地，氧化铝铜粉还与实心钢芯的圆周面接触。在将氧化铝铜粉和实心钢芯填充于模具时，可以采用，将实心钢芯置于模具的正中心，然后填充氧化铝铜粉并振实的方法，也可以采用，将氧化铝铜粉填充至模具中至一定厚度，随后将实心钢芯装入模具中，继续用氧化铝铜粉填充模具与实心钢芯之间的间隙并填满模具。具体来说，本申请中的模具为橡胶模具，且其形状大致为空心圆筒状，其内径略大于实心钢芯的外径，在填充原料时，本申请中优选，先氧化铝铜粉填充至模具中至一定厚度(约为15-25mm)，随后将实心钢芯装入橡胶模具的正中心，继续用氧化铝铜粉将橡胶模具填满，使得氧化铝铜粉充分填充于模具与实心钢芯之间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化铝铜与钢的焊接方法，其特征在于，其包括：/n将填充有实心钢芯和氧化铝铜粉的模具进行冷等静压成型，随后取出冷压坯；/n将所述冷压坯装入包套内，进行热等静压成型，随后去除所述包套；/n其中，所述氧化铝铜粉至少与所述实心钢芯的一个端面接触。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化铝铜与钢的焊接方法，其特征在于，其包括：
将填充有实心钢芯和氧化铝铜粉的模具进行冷等静压成型，随后取出冷压坯；
将所述冷压坯装入包套内，进行热等静压成型，随后去除所述包套；
其中，所述氧化铝铜粉至少与所述实心钢芯的一个端面接触。


2.根据权利要求1所述的氧化铝铜与钢的焊接方法，其特征在于，所述氧化铝铜粉与所述实心钢芯的两个端面接触；
优选地，所述氧化铝铜粉还与所述实心钢芯的圆周面接触。


3.根据权利要求2所述的氧化铝铜与钢的焊接方法，其特征在于，将所述实心钢芯和所述氧化铝铜粉填充于所述模具的方法包括：
将所述实心钢芯置于所述模具的正中心，然后填充所述氧化铝铜粉并振实；
或者；
将所述氧化铝铜粉填充至所述模具中至一定厚度，随后将所述实心钢芯装入模具中，继续用所述氧化铝铜粉填充所述模具与所述实心钢芯之间的间隙并填满所述模具。


4.根据权利要求1所述的氧化铝铜与钢的焊接方法，其特征在于，于180～200MPa的压强进行所述冷等静压成型5～6分钟。


5.根据权利要求1所述的氧化铝铜与钢的焊接方法，其特征在于，于150～180MPa的...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫志巧，陈峰，
申请(专利权)人：广东省材料与加工研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44