[发明专利]一种在材料制品与铸件之间获得冶金接合的方法

说明书

本发明涉及一种可在金属材料制品（或金属质复合材料制品）与金属铸件（或合金铸件）之间获得冶金接合的工艺方法，特别是涉及一种通过在静止的（或运动的）机械零件的各个预定部位插入嵌块而使该零件得到加固（或者使两个或两个以上的铸件相互接合在一起）的工艺方法。

从现有技术文献中可知，要在铸件内部形成加固区，基本上可以按照下列两种方法进行：

-    利用铸件与嵌块之间热膨胀系数的不同，使嵌块被凝固的铸件所机械固紧的方法。由这种方法所得到的连接是非冶金型的接合，所得到的组合零件的断面是不连续的，腐蚀介质有可能通过接合的交界面处渗透。

由于嵌块要被铸件材料所包围，因此嵌块不能放置在成品的拐角处。

-    用“压铸”工艺对预制件进行渗透的方法。这种方法不需要使用嵌块，而是使用通常由陶瓷纤维制成並放在适当位置的预制件，利用压铸过程中的高压作用，铸造材料可渗透到该预制件中。使用这种方法得不到铸件与嵌块之间的接合，实际上这是一种制备复合材料的工艺方法。

另一方面，现有技术中，关于一个金属铸件与另一个金属铸件或复合材料制品相接合的工艺方法，都可以使用焊接或钎接工艺来实现。但是，这些工艺方法都需要在铸件（或复合材料制品）产生之后再进行某种加工工序。

本申请人发现，通过对材料制品进行适当的表面处理（或对加固件，或对被连接件），就可以在上述制品和铸件之间得到高强度的冶金接合。

更详细地说，本发明所述的方法可称为“铸焊”，它能满足焊接工序的全部典型要求，即：去除表面的杂质和氧化物，相互连接的材料制品之间的紧密接触和接合等。

但是，这种形式的焊接与其它方法相比有显著的不同，即这种焊接是随着铸造的进行而同时发生的。

此外，某些不容易用其它工艺方法进行接合的金属，也可以使用这种形式的焊接方法来相互接合。

本发明涉及一种可在金属材料制品（或金属基复合材料制品）与金属铸件（或合金铸件）之间获得冶金接合的工艺方法，该方法包括：通过在该制品的表面沉积一层薄薄的金属（该金属通常与制品及铸件中所含的金属不同）的方法来对制品进行表面处理，它可以提高铸件金属对于制品的润湿度，还可以提高两者之间的热传导系数;以及使用构成上述铸件的金属或合金来对放置在铸型中的制品四周进行浇注的工序。

金属材料制品可以由单一金属或金属合金或金属基复合材料组成，它可以是一个用来对承受磨损的静止的或运动的机械零件（如导杆、柱塞、大齿轮等）的预定部位进行加固的嵌块，或者是一个铸件，该铸件与一个或多个铸件相连接，以便构成一个用其它方法不能制成或者很难制成（由于零件的几何形状、材料类型以及成本太高等方面的原因）的复杂形状的零件。

金属复合材料制品和铸件材料可以有不同的成分，其中所含的金属元素最好从包括有铝、锌、铅、镁、铜、锡、铟、银、金、钛等一组元素和它们的合金中选用。

如前所述，该材料制品也可以是一种金属基复合材料，它可以由一种金属相（或者一种合金相）所组成，金属相（或合金相）包围並连接着构成强化物的其它相（粉末或陶瓷纤维等）。

强化物具有很高的机械强度和硬度，金属基体所受到的应力作用在该强化物上，该基体应当具有合适的性能，这些性能起着预定的功用。

强化物可以由长的或短的陶瓷纤维（三氧化二铝、碳化硅、碳、氮化硼、氧化硅、玻璃等）所组成，或者由陶瓷“晶须”（碳化硅、氮化硅、碳化硼、三氧化二铝）或非金属粉未（碳化硅、氮化硼、氮化硅、碳化硼、二氧化硅、三氧化二铝、玻璃、石墨），或金属纤维（铍、钨、碳化硅-镀覆钨、碳化硼-镀覆钨、钢）所组成。

制备复合材料制品可以有如下几种方法：

-    使强化物散布在处于融熔状态下的全部基体中。

-    使强化物散布在处于未完全凝固状态的全部基体中。

-    粉末冶金。

-    纤维金属化。

-    层压。

-    渗透。

复合材料制品可以直接获得，也可在随后的机械加工后获得。

沉积在金属材料制品或者金属基复合材料制品表面上的金属薄层的厚度范围最好为10-200毫微米。该金属薄层可以与被沉积的金属材料制品及铸件中所含的金属成分不同，它最好是从以下一组元素中选用：金、银、铜、镍、铂、钯、铬、钨、铱、钼、钽、铌、锇、铼、铑、钌和锆。

该金属薄层的沉积最好是用溅射方法或者电化学方法进行。