一种在铝合金表面制备铜基熔覆层的方法及其复合材料技术

本发明专利技术公开了一种在铝合金表面制备铜基熔覆层的方法及复合材料，所述方法是通过高速激光熔覆技术在铝合金表面制备铜基熔覆层，为了解决该技术问题，采用银基粉末作为过渡层，从而可获得无裂纹的铜基复合熔覆层。本发明专利技术由此还可获得一种路合金表面设有铜基熔覆层的复合材料，可提高铝合金的硬度计耐磨性，在工业制造过程中存在广泛的应用。业制造过程中存在广泛的应用。业制造过程中存在广泛的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种在铝合金表面制备铜基熔覆层的方法及其复合材料


[0001]本专利技术属于金属材料制备工艺，具体涉及一种在铝合金表面制备铜基熔覆层的方法及其复合材料。

技术介绍

[0002]铝合金具有密度小、比强度高、导电性好、极佳的机械加工性能等优点，因此在各类轻量化需求或导电场合广泛使用。但另一方面，较低的硬度、较差的耐磨性使其在长期使用过程中极易出现接触面磨损的情况。涂层是铝合金表面强化的主要手段，目前人们在铝合金表面制备了多种涂层，一定程度上提高了铝合金的硬度和耐磨性。但Fe基、Ni基、Co基等合金涂层不仅影响铝合金原有的导电性、延展性等优良性能，还极易与铝形成脆性金属间化合物，从而导致涂层开裂失效。
[0003]铜合金具有高导电性、优良的延展性和良好的耐磨性的特点，这使得它成为铝合金的理想涂层。然而，脆性的Al
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Cu金属间化合物总是导致裂纹。因此，关于大面积的铝合金表面的铜合金涂层的报道很少。
[0004]根据现有技术可知，对于铝表面熔覆铜的做法之一是在真空装置里，放置正负两电极，负电极上放置铜片，正电极接地，上面放置铝材。然后密封装置，排出气体，再注入氩气，给两电极之间注入交流电压，就会生成等离子。等离子中的阳离子会在电场的作用下，撞击负极表面的铜片，铜原子就会被撞出来，在动能的作用下向正极的铝材飞去，附着在其表面，形成铜膜。另一种是利用过冷条件下Cu
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Co、Cu
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Fe等体系发生液相分离来引入含Co、Fe、Si等元素的第二相(硬质相颗粒)进行强化。利用激光熔覆技术在6061铝合金表面制备具有液相分离特点的铜基合金复合涂层，获得了硬质颗粒弥散分布耐磨涂层。在此基础上，通过添加适当比例SiC陶瓷颗粒相，进一步提高了熔覆层的硬度和耐磨损性能。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的第一目的是提供一种在铝合金表面制备铜基熔覆层的方法，通过该方法的实施可得到一种铝合金表面设有铜基熔覆层的复合材料，即本专利技术的第二目的，由此解决铝和铜的激光熔覆问题，并且提高铝合金本身的硬度和耐磨性。
[0006]技术方案：一种在铝合金表面制备铜基熔覆层的方法，包括：
[0007]预处理：对铝合金表面进行打磨清洁，去除氧化层，包括使用丙酮清洗；
[0008]预处理：对铝合金表面进行打磨清洁，去除氧化层，包括使用丙酮清洗；
[0009]设置过渡层：采用银基粉末作为过渡层，且进行同轴送粉激光熔覆；
[0010]铜基熔覆：采用铜基合金粉末作为表面强化熔覆层，且进行同轴送粉激光熔覆。
[0011]进一步的，银基粉末作为过渡层的熔覆激光功率为900
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1300W。
[0012]进一步的，表面强化熔覆层铜基合金粉末的熔覆激光功率为1100
‑
1500W。
[0013]进一步的，铜基熔覆的过程中，光斑为矩形，送粉气体采用氩气，流量8
‑
10L/min，保护气为氩气，流量13
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17L/min。优选的，光斑为1.5mm*1.5mm；送粉气体采用氩气，流量9L/
min，保护气为氩气，流量15L/min。
[0014]进一步的，在铜基熔覆过程中，激光光斑为1.5mm*1.5mm，重叠率为50
‑
75％。
[0015]更进一步的，熔覆银层中使用的银材料为银粉，流动性优于30s/50g。
[0016]再进一步的，所述的方法包括反复设置过渡层，并在第一次之后的银基粉末熔覆过程中添加铜基合金粉末。
[0017]由上述方法实施得到的一种铝合金表面设有铜基熔覆层的板材，所述的板材基板为铝合金材质，基板和铜基熔覆层之间设有过渡层，所述的过渡层分布有Ag元素。
[0018]有益效果：本专利技术通过设置银基粉作为过渡层实现铝合金表面熔覆铜的技术难题，通过该方法的实施，可得到一种全新的铝合金复合金属材料，相比铝合金材料的硬度、耐磨性均有较大的提升，甚者是提供一种新的复合材料可供工业生产制造使用。
附图说明
[0019]图1是无银缓冲层和有银缓冲层的铜合金涂层的表面和截面；
[0020]图2是本专利技术所述材料在测试中银缓冲层和铜合金层的元素图谱；
[0021]图3是铜合金层的扫描透射电子显微镜(STEM)图像和元素图谱；
[0022]图4是Al合金基材、Ag基合金过渡层以及铜基合金熔覆层显微硬度分布情况图。
具体实施方式
[0023]为详细说明本专利技术所公开的技术方案，下面结合说明书附图做进一步的介绍。
[0024]首先可知的是铜基合金具有导电性高、延展性优良、耐磨性好的特性，但是Cu仍易与Al形成脆性金属间化合物，因此鲜有Al合金表面熔覆大面积铜合金涂层的报道。目前，国内外学者普遍认为采用梯度涂层的工艺能够有效减少甚至消除裂纹。梯度涂层可以避免材料成分及性能的突变，同时过渡层中的元素会分别向熔覆层及基体中扩散，使基体与熔覆层之间在材料成分和材料性能等方面有一个渐变的过渡区，从而达到缓和热应力、降低裂纹产生机率的目的。本专利技术的实施例选择面心立方型(FCC)的银基粉末作为过渡层，不仅可与铝合金基材具有较好的结合性能，同时也对抑制铜基涂层中的裂纹产生了较为明显的作用。
[0025]首先，本专利技术提供的是一种在铝合金表面制备铜基熔覆层的方法，其实施包括如下的过程：
[0026]预处理：对铝合金表面进行打磨清洁，去除氧化层，包括使用丙酮清洗；
[0027]设置过渡层：采用银基粉末作为过渡层，且进行同轴送粉激光熔覆；
[0028]铜基熔覆：采用铜基合金粉末作为表面强化熔覆层，且进行同轴送粉激光熔覆。
[0029]具体的，实施例采用100mm x100mm x10 mm的铝合金板作为基体材料，使用前打磨清除氧化层，并使用丙酮清洗；选用铜基合金粉末作为超高速激光熔覆涂层；选用Ag基合金粉末作为过渡层。采用同轴送粉高速激光熔覆，光斑采为矩形，送粉气体采用氩气，流量9L/min，保护气采用氩气，流量15L/min；过渡层Ag基合金粉末的熔覆激光功率为1100W，搭接率60％；表面强化镀层铜基合金粉末的熔覆激光功率为1300W，搭接率60％。熔覆后的表面使用丙酮清洁处理，采用金相显微镜对DPT
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5渗透探伤后的涂层进行裂纹表征；采用(Nikon SMZ25)扫描电镜(SEM)分别对铜基涂层与(Ag+Cu)复合涂层的截面进行微观组织观察；采用
能谱仪(EDS)对(Ag+Cu)复合涂层进行面扫描成分分析；采用(Rigaku SmartLab 9KW)X射线衍射仪分析复合涂层中的相组成及结构；采用(FM
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ARS900)显微硬度计测试样品熔覆层的显微硬度以表征其宏观性能。
[0030]通过高速激光熔覆技术在铝合金表面制备铜基熔覆层，由于铝合金的熔点远低于铜基粉末，及铝元素电负性较强，化学性质活泼，获得铜基涂层的裂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在铝合金表面制备铜基熔覆层的方法，其特征在于，包括：预处理：对铝合金表面进行打磨清洁，去除氧化层，包括使用丙酮清洗；设置过渡层：采用银基粉末作为过渡层，且进行同轴送粉激光熔覆；铜基熔覆：采用铜基合金粉末作为表面强化熔覆层，且进行同轴送粉激光熔覆。2.根据权利要求1所述的在铝合金表面制备铜基熔覆层的方法，其特征在于：银基粉末作为过渡层的熔覆激光功率为900
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1100W。3.根据权利要求1所述的在铝合金表面制备铜基熔覆层的方法，其特征在于：表面强化熔覆层铜基合金粉末的熔覆激光功率为1100
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1300W。4.根据权利要求1或3所述的在铝合金表面制备铜基熔覆层的方法，其特征在于：熔覆的过程中，光斑为矩形，送粉气体采用氩气，流量8
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1...

【专利技术属性】
技术研发人员：金亚娟，陆宝春，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：