一种铜合金高导电耐磨抗烧蚀涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铜合金高导电耐磨抗烧蚀涂层及其制备方法，所述铜合金高导电耐磨抗烧蚀涂层包括由铜或铜合金形成的涂层基体和散布在所述涂层基体中的不规则异形高熔点金属颗粒；所述不规则异形高熔点金属颗粒为W、Mo、Ta、Nb中的两种以上。采用激光熔覆工艺进行制备，确保提高铜耐磨性的同时，保留铜的良好的导电性以及抗烧蚀性。的导电性以及抗烧蚀性。的导电性以及抗烧蚀性。

【技术实现步骤摘要】
一种铜合金高导电耐磨抗烧蚀涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及铜合金的
，尤其是涉及一种铜合金高导电耐磨抗烧蚀涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]金属铜虽然具有优异的导电、导热、耐蚀等性能，但是其本身却有着硬度低的致命缺陷，这直接导致铜的耐磨性较差。当物体表面有相对运动趋势或发生相对运动时就会产生摩擦磨损，磨损是零部件最常见、也是最大量的一种失效方式。而铜的耐磨性较差无疑在很大程度上限制了铜的应用。
[0003]锡青铜的开发，使铜的硬度大为提高，为铜的使用打开了广阔的空间。随着科技的进步和人类社会的发展，改善铜的耐磨性的方式越来越多，如：通过加入少量合金元素，借助工艺控制新的组织形成，都能在一定程度上提高铜的耐磨性。
[0004]但是在提高耐磨性的同时却往往降低了铜合金的导电性和抗烧蚀性能。铜本身具有优异的导电性和抗烧蚀性，而合金元素在铜中易形成固溶体，这极大程度的降低了铜的导电性，阻碍了耐磨铜合金的应用，因此迫切需要一种改性方式，在提高铜耐磨性的同时，保留铜的良好的导电性以及抗烧蚀性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种铜合金高导电耐磨抗烧蚀涂层及其制备方法，利用激光熔覆技术实现材料制备和成形。
[0006]第一，本专利技术提供一种铜合金高导电耐磨抗烧蚀涂层，其特征在于：包括由铜或铜合金形成的涂层基体和散布在所述涂层基体中的不规则异形高熔点金属颗粒；所述不规则异形高熔点金属颗粒为W、Mo、Ta、Nb中的两种以上。
[0007]进一步优选的，所述涂层厚度为2
‑
3mm。
[0008]进一步优选的，所述不规则异形高熔点金属颗粒的尺寸为50~100um。
[0009]进一步优选的，所述涂层基体由锡铜合金形成。
[0010]进一步优选的，所述不规则异形高熔点金属颗粒中，W、Mo、Ta、Nb的质量比为1:1:1:1。
[0011]第二，本专利技术还提供了上述技术方案所述的铜合金高导电耐磨抗烧蚀涂层的制备方法，包括以下步骤：1）准备不规则异形高熔点金属颗粒并混合，得到混合均匀的粉末；2）将所述混合均匀的粉末通过对称设置在激光头行进方向前后的两个送粉喷嘴进行送粉至铜或铜合金基材表面；3）激光熔覆在基材表面制备所述铜合金高导电耐磨抗烧蚀涂层；所述激光熔覆的工艺参数为，激光波长500nm，激光功率2.0
‑
5kW，熔覆速度200~450mm/min，束斑直径2
‑
3mm。
[0012]进一步优选的，扫描的次数为两次。
[0013]进一步优选的，所述高熔点金属中任意两种的质量比λ满足以下限定，控制，代入数值求出λ，其中，m1和m1分别是两种金属的添加质量，ρ1和ρ2分别是两种金属的密度。
[0014]进一步优选的，所述不规则异形高熔点金属颗粒中，W、Mo、Ta、Nb的质量比为1:1:1:1，所述混合为采用螺旋混粉器进行的两段式混粉，第一段混粉按照钨：钼：钽：铌质量比为0.5:1:0.5:1的比例进行4
‑
12h，第二段混粉将剩余的钨和钼添加到混粉器中再混合4
‑
24h。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：首先，本专利技术采用了在铜中固溶度较低的四大高熔点金属（难熔金属）钨、钼、钽、铌作为改性元素，各改性元素不但硬度均是铜的数倍，而且在铜中固溶度较低，以高熔点金属粉末作为表面改性材料，可以在提高铜耐磨性的同时保留铜的高导电性以及耐烧蚀性。不同于传统合金中各合金之间形成稳定的冶金结合的模式，在本专利技术中，高熔点金属粉末颗粒难以与铜或铜合金基体形成冶金结合，而是创新性地通过将高熔点金属金属粉末设计为不规则颗粒状，截面形状不规则的金属粉末颗粒在摩擦磨损过程中难以从基体中拔出，实现高熔点金属金属粉末与铜或铜合金基体之间稳定的机械结合，这使得铜合金具备良好的耐磨性能，同时基本不影响铜的高导电性以及耐烧蚀性。
[0016]第二，在激光照射下，铜或铜合金基体瞬间熔化形成微小熔池，高熔点金属粉末通过送粉器送入微小熔池中，通过激光表面熔覆的方式在基体表面形成一层合金涂层，本专利技术创新性的参考了植树造林能有效改善水土流失的思路，通过将未能融化的钨、钼、钽、铌难熔金属颗粒弥散于熔池中，在熔池中形成类似于树根中“导管”的结构。在毛细作用下，金属熔体对流程度加剧，部分金属的气化、激光对熔池金属液的冲击以及表面张力差异引起的马兰戈尼效应（Marangoni effect）的共同作用下，使得钨、钼、钽、铌金属颗粒均匀分布于熔池中。宏观上难熔金属粉末在合金层中均匀分布，使得铜合金具有良好的抗烧蚀性能，涂层的抗烧蚀性能由难熔金属粉末与铜基体共同提供。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例的激光熔覆过程示意图。
[0018]图2为本专利技术实施例的铜合金高导电耐磨抗烧蚀涂层的金相照片。
具体实施方式
[0019]以下将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行描述。
[0020]本专利技术采用同步送粉激光熔覆技术作为表面改性方法，激光熔覆技术是一种快速成型工艺，利用高能量密度激光束将不同成分和性能的合金快速熔化，直接堆积形成非常致密的金属零件和在已损坏零件表面形成与零件具有相同成分和性能的合金层，其可以在较低的成本下，实现涂层与基体的冶金结合，获得稀释率低、微观组织细密的熔覆层，有效
提高了基体材料表面的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，增加了零部件的使用寿命，在铜合金的表面改性中具备优势。同步送粉法按粉末运动驱动力的不同可分为重力式送粉和载气式送粉。然而重力式送粉在倾斜输送粉末时，粉末水平方向动力不足，因此本专利技术采用双送粉喷嘴载气式送粉，采用气体动力分散和运输，粉末容分散均匀，运输流畅，可长距离倾斜输送，且能实现混合送粉，适用于增材制造过程，如图1所示，本专利技术的两个送粉喷嘴1对称分布在激光头2的前后两侧，该“前后”以激光头2沿着基体3表面扫描时的行进方向（基体3上箭头所示的方向）来定义，前后双送粉喷嘴的好处在于避免在激光熔覆过程中，出现“粉末空缺现象”，即激光打在基体上，而无涂层粉末的状态，一旦出现这种状态将严重恶化涂层性能，导致涂层表面不同区域性能存在差异，从而进一步造成在应用过程中由性能薄弱区域首先损坏。
[0021]本专利技术主要包括以下几个步骤：1.原材料设计；2.激光器及参数选择；3.激光表面熔覆过程。
[0022]原材料设计1.1基体材料的选择基体材料选择：本专利技术采用锡铜合金作为基体材料，锡铜合金合金具有高的耐磨性、强度和弹性，在碰撞时不产生火花，在大气、淡水和海水中抗蚀性良好并且易于焊接，是应用广泛，性能优异的铜合金。
[0023]熔覆材料及混粉器的选择本专利技术采用四大高熔点金属钨、钼、钽、铌（也称难熔金属）的混合粉末作为熔覆材料（可任选两种、三种或四种粉末进行混合），颗粒形状不规则直径介于50~100um，由于尺寸效应，直径介于50~100um的金属颗粒在激光熔覆过程中，更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜合金高导电耐磨抗烧蚀涂层，其特征在于：包括由铜或铜合金形成的涂层基体和散布在所述涂层基体中的不规则异形高熔点金属颗粒；所述不规则异形高熔点金属颗粒为W、Mo、Ta、Nb中的两种以上。2.根据权利要求1所述的铜合金高导电耐磨抗烧蚀涂层，其特征在于：所述涂层厚度为2
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3mm。3.根据权利要求1所述的铜合金高导电耐磨抗烧蚀涂层，其特征在于：所述不规则异形高熔点金属颗粒的尺寸为50~100um。4.根据权利要求1所述的铜合金高导电耐磨抗烧蚀涂层，其特征在于：所述涂层基体由锡铜合金形成。5.根据权利要求1所述的铜合金高导电耐磨抗烧蚀涂层，其特征在于：所述不规则异形高熔点金属颗粒中，W、Mo、Ta、Nb的质量比为1:1:1:1。6.一种权利要求1
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5任意一项所述的铜合金高导电耐磨抗烧蚀涂层的制备方法，包括以下步骤：1）准备不规则异形高熔点金属颗粒并混合，得到混合均匀的粉末；2）将所述混合均匀的粉末通过对称设置在激光头行进方向前后的两个送粉喷嘴进行送粉至铜或铜合金基...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClC二三C二四一零，
申请(专利权)人：北京煜鼎增材制造研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：