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铜合金具有优异的加工性、延展性、耐磨性和导电导热性,在工业生产中是一种常用金属材料,广泛应用于众多领域。柱塞泵里常用的耐磨零件如:转子、滑靴等都是由铜合金材料制成,但与钢相比铜强度低易变形,在恶劣工作条件环境里,常出现严重磨损,导致零件不能达到预期寿命而失效,既影响了设备正常工作又造成铜材料严重浪费,降低经济效益。以铜或铜合金作为基体,钢作为衬层时,制得钢背铜基复合材料零件是一个解决思路。钢材价格相对便宜且具有良好的力学性能、工艺性能,如果可以用铜/钢复合材料代替传统的纯铜或铜合金材料制造零件,将节约大量贵金属铜,从而大幅度降低生产成本;铜/钢复合材料能既兼备铜钢各自性能的优点,又具有良好的综合性能,必将获得广泛应用。本文首先采用座滴法研究了铜合金对42CrMo钢衬底的润湿铺展性能,通过扫描电子显微镜(SEM)、EDS能谱仪对润湿界面显微形貌和元素扩散进行了检测分析,考察了42CrMo钢和铜合金的可连接性。在此基础上,用熔铸法制备42CrMo钢/铅青铜复合材料,并探究分析结合面组织结构特点和元素分布。由SEM图可看出,在铜基体中出现铅块偏聚区域,铅青铜和42CrMo钢结合界面润湿良好,致密而无空洞,界面为铜液润湿铁形成的铜/铁界面,近界面钢侧发生了铜原子沿晶界渗透的现象,导致局部界面出现开裂现象。然后以42CrMo钢和一种铜合金为母材,采用SPS技术制备了42CrMo钢/铜合金复合材料并优化了连接工艺参数,对结合界面显微组织和性能进行分析。通过金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、EDS能谱仪、X射线衍射仪(XRD)观察并研究了温度(650~770℃)和保温时间(10~60 min)对42CrMo钢/铜合金复合材料结合界面微观形貌、元素扩散的影响,分析了结合面形成机理和力学性能,获得最佳连接工艺参数(温度770℃,压强25 MPa,保温时间60 min,5 min冷却到670℃,4 min冷却到570℃,随炉冷却)。该参数下结合界面无明显的裂缝、孔隙等缺陷,Fe向铜合金一侧扩散剧烈,其中靠近结合面处为一个10~20μm宽组织比较均匀的的过渡层,过渡层外Fe继续向铜合金一侧延伸,形成一个50~60μm的岛状组织区,无规则地分布较多灰色岛状组织,通过EDS能谱分析,该组织为Fe的某种固溶体。通过对比可知,采用SPS烧结技术制备42CrMo钢/铜合金双金属复合材料,元素扩散区厚度要比熔铸法制备的厚,且结合面质量更好。