【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料表面加工，针对工作在极端工况，因为表面耐磨性差、寿命低而造成失效的关键部件，特别是铜及铜合金等有色金属件，存在硬度低、耐磨性差，而提高耐磨性又降低导电导热性的突出难题，设计一种耐磨又导电导热的结构-功能一体化仿动物骨骼结构和龟壳结构的仿生结构涂层及制备技术，实现铜及铜合金等有色金属件的高效率高质量表面强化，适用于海工、石油、化工、电力、交通等领域导电弓、弹射轨、换热器、冷凝器等关键部件的防护。
技术介绍
1、海洋装备、航空航天、轨道交通、化工机械等关键部件，特别是铜及铜合金等有色金属件，由于存在硬度低、耐磨性差及高温软化等问题，在服役于极端磨损、高温环境时磨损、软化等问题造成材料服役寿命低、安全隐患大等。通过表面处理形成牢固的防护涂层，是提高铜合金表面强度、耐磨性能的有效途径。中国专利申请号202211655694.3公布了导电铜铬锆合金的制备方法，在打磨处理后合金端面上铺设合金粉、粘结剂和丙酮，烘干后进行激光熔覆获得导电铜铬锆合金。中国专利申请号201980046310.8公布了铜系表面硬化合金，在铜基体中形成硬质相(如硅化物、硼化物或碳化物)，提高合金的耐磨性。该方法基本不含贵重co、mn、mo、ta、v和w，从而降低这类硅化物的高硬度，从而改善合金的抗裂性和机械加工性。中国专利申请号202010219677.x公布了一种多尺度碳化钛颗粒增强铜基复合涂层及其制备方法和应用，通过在铜和铜-钛基体中添加多尺度碳化钛颗粒，采用火花放电烧结获得高硬度、减摩、耐磨复合涂层，这种多尺度强化相颗粒增强铜基复合涂层可应
2、上述专利技术的铜合金表面强化和涂层设计及制备技术，可改善铜合金表面性能、提高涂层与基体的结合强度，提高表面的力学性能和工件使用寿命等。然而，在铜及铜合金等有色金属件表面设计结构-功能一体化的仿生结构涂层及制备技术，兼具耐磨导电导热性能等，未见报道。
技术实现思路
1、本专利技术为克服现有技术中的上述问题，提供一种在铜及铜合金等有色金属件表面，设计制备结构-功能一体化的仿动物骨骼结构和龟壳结构的涂层方法。该方法创新性地提出设计既形成硬度和耐磨性等结构性能的硬质网带，又形成导电导热等功能性的软质通道的仿生结构，采用激光熔覆技术制备冶金结合的硬质网带与软质通道，实现相间分布。工作时硬质材料形成的网带对摩擦副起到支撑作用，提高耐磨性，中间的软质通道采用导电导热性能好的材料，形成从基本到表层的连续导电导热效果。
2、为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
3、一种具有仿生结构的防护涂层，其特征在于，它是由先形成的耐磨硬质网带和后形成的导电导热软质通道组合而成的涂层，软质通道填补在硬质网带的空隙中使二者相间分布，从而使防护涂层具有仿动物骨骼结构和龟壳结构；其中的硬质网带、软质通道与基体呈现冶金结合，并且后形成的软质通道对先形成的硬质网带起到了应力去除和松弛作用。
4、进一步，所述的硬质网带和软质通道优选激光熔覆工艺形成。
5、进一步：所述的硬质网带由导电导热金属粉和陶瓷粉组成的；所述的软质通道是由导电导热金属粉形成，与硬质网带中的金属粉相同。
6、进一步，所述的硬质网带具体结构可以是六边形、菱形、矩形等互相连接的网状。
7、进一步，所述的硬质网带中金属粉质量百分比为70-90％，陶瓷粉质量百分比为10-30％。
8、进一步，所述的导电导热金属粉成分与基体一致，优选cucrzr粉，各元素质量比为cr:0.1-0.8％，zr:0.3-0.6％，其余为cu粉，粒度40-120μm，以减少涂层与基体之间的热物性差异，降低应力。
9、进一步，所述的陶瓷粉选择tin、tic、tib2、wc、b4c、sic等粒度50nm-200nm纳米粉末中的一种或多种，陶瓷粉通过原位合成或者直接引入的方式参与。
10、为了得到上述涂层，本专利技术采取以下方法制备，具体包括以下步骤：
11、第一步：步骤1粉体准备以及工件表面预处理
12、根据工件实际需求设计涂层成分，分别配制硬质网带粉和软质通道粉后分别进行烘干，待用；将金属工件基体表面除垢后待用；
13、第二步：按需编程熔覆运动轨迹
14、根据工件形状、尺寸和熔覆区域编程激光扫描运动轨迹，设定同步送粉参数，设定硬质网带、软质通道的不同类型的仿生结构运动轨迹，分别行进行熔覆。
15、步骤4激光熔覆：
16、采用激光熔覆的方法，先制备硬度高的硬质网带，然后在硬质网带的空隙中填补制备导电导热的软质通道，实现相间分布，通过同步送粉在工件表面获得防护涂层。
17、进一步，激光熔覆参数为：激光功率1～4kw，光斑直径为2～4mm，熔覆速度为280～600mm/min，送粉率为20～50g/min，硬质网带与软质通道之间、软质通道的不同熔覆道次之间，搭接率为10-30％。
18、本专利技术提供的制备防护涂层方法适合在海洋装备、航空航天、轨道交通、化工机械等关键部件，特别是铜及铜合金等有色金属件。
19、本专利技术的有益效果：
20、1、采用本专利技术方法获得的仿生结构涂层，既有硬度和耐磨性等结构性能好的硬质网带，又有导电导热等功能性好的的软质通道，硬质网带可以是六边形、菱形、矩形等形状。硬质网带与软质通道，实现相间分布。工作时硬质材料形成的网带对摩擦副起到支撑作用，提高耐磨性，中间的软质通道采用导电导热性能好的材料，形成从基本到表层的连续导电导热效果，使得防护涂层兼具耐磨抗烧蚀导电导热性能。经测试，当熔覆层厚度为0.5-1mm，平均硬度为硬质网带硬度在500-700hv0.1之间，软质通道硬度约为200hv0.1，整个防护涂层与基体之间的结合力大于200mpa，耐磨性比未防护的cucrzr基体提高3-5倍，而导电导热率基本接近，未有显著降低。
21、2、采用激光熔覆技术制备冶金结合的硬质网带与软质通道，先制备硬度高的硬质网带，后制备导电导热的软质通道，硬质网带、软质通道与基体呈现冶金结合，因为硬质网带、软质通道以及基体采用相同的金属粉末，进一步提高了三者之间在熔点、热膨胀系数之间的适配性，以减少涂层与基体之间的应力。同时避免了采用不同金属粉体，在硬质网带与软质通道界面、硬质网带与基体界面、软质通道与基体界面，形成一层硬而脆的金属间化合物层，降低结合强度。并且后形成的软质通道对先形成的硬质网带，又进一步起到了加热去除应力和松弛作用，可以获得低应力并且呈冶金结合的防护涂层，有利本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有仿生结构的防护涂层，其特征在于，它是由先形成的耐磨硬质网带和后形成的导电导热软质通道组合而成的涂层，软质通道填补在硬质网带的空隙中使二者相间分布，从而使防护涂层具有仿动物骨骼结构和龟壳结构；其中的硬质网带、软质通道与基体呈现冶金结合，并且后形成的软质通道对先形成的硬质网带起到了应力去除和松弛作用。
2.如权利要求1所述的具有仿生结构的防护涂层，其特征在于，所述的硬质网带和软质通道采用激光熔覆工艺形成。
3.如权利要求1所述的具有仿生结构的防护涂层，其特征在于，所述的硬质网带由导电导热金属粉和陶瓷粉组成；所述的软质通道是由导电导热金属粉形成的，与硬质网带中的导电导热金属粉相同，硬质网带中金属粉质量百分比为70-90％，陶瓷粉质量百分比为10-30％。
4.如权利要求3所述的具有仿生结构的防护涂层，其特征在于，所述的导电导热金属粉成分与基体一致，以减少涂层与基体之间的热物性差异，降低应力。
5.如权利要求4所述的具有仿生结构的防护涂层，其特征在于，所述的导电导热金属粉为CuCrZr粉，各元素质量比为Cr:0.1-0.8％，Z
6.如权利要求1所述的具有仿生结构的防护涂层，其特征在于，所述的硬质网带具体结构包括但不限于六边形、菱形和矩形互相连接的网状结构。
7.如权利要求5所述的具有仿生结构的防护涂层，其特征在于，所述的陶瓷粉包括但不限于TiN、TiC、TiB2、WC、B4C和SiC纳米粉末中的一种或多种，陶瓷粉通过原位合成或者直接引入的方式参与，粒度50nm-200nm。
8.一种如权利要求1所述的具有仿生结构的防护涂层的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
9.如权利要求8所述的具有仿生结构的防护涂层，其特征在于，激光熔覆参数为：激光功率1～4kW，光斑直径为2～4mm，熔覆速度为280～600mm/min，送粉率为20～50g/min，硬质网带与软质通道之间、软质通道的不同熔覆道次之间，搭接率为10-30％。
10.一种如权利要求1所述的具有仿生结构的防护涂层在海洋装备、航空航天、轨道交通或化工机械关键部件中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种具有仿生结构的防护涂层，其特征在于，它是由先形成的耐磨硬质网带和后形成的导电导热软质通道组合而成的涂层，软质通道填补在硬质网带的空隙中使二者相间分布，从而使防护涂层具有仿动物骨骼结构和龟壳结构；其中的硬质网带、软质通道与基体呈现冶金结合，并且后形成的软质通道对先形成的硬质网带起到了应力去除和松弛作用。
2.如权利要求1所述的具有仿生结构的防护涂层，其特征在于，所述的硬质网带和软质通道采用激光熔覆工艺形成。
3.如权利要求1所述的具有仿生结构的防护涂层，其特征在于，所述的硬质网带由导电导热金属粉和陶瓷粉组成；所述的软质通道是由导电导热金属粉形成的，与硬质网带中的导电导热金属粉相同，硬质网带中金属粉质量百分比为70-90％，陶瓷粉质量百分比为10-30％。
4.如权利要求3所述的具有仿生结构的防护涂层，其特征在于，所述的导电导热金属粉成分与基体一致，以减少涂层与基体之间的热物性差异，降低应力。
5.如权利要求4所述的具有仿生结构的防护涂层，其特征在于，所述的导电导热金属粉为cucrzr粉，各元素质量...
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