[發明專利]一種在銅鋁類高導熱金屬表面涂層的方法

無效

• 申請號: 200710054002.9
• 申請日: 2007-02-12
• 公開（公告）號: CN101245459A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 杜建偉;陳培鋒
• 申請（專利權）人: 杜建偉
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B23K26/34
• 代理公司: 安陽市智浩專利代理事務所
• 代理人: 張智和

一、技術領域：

本發明涉及一種可以在銅或鋁等高導熱金屬表面熔覆其它金屬涂層，從而獲得高結合力表面改性涂層的新方法。

二、背景技術：

很多情況下我們要求對金屬工件的表面進行改性，使金屬工件表面具有與工件本體不同的特性，使工件具有耐磨、耐腐蝕或耐高溫的性能。在鋼材表面涂覆這樣的涂層技術已經相當成熟，一般有電鍍、噴涂和焊接熔覆技術等方法。但對于銅或鋁這類高導熱和低強度金屬表面的涂層技術卻相對比較困難。由于這類金屬的高導熱特性，以加熱為基礎的焊接熔覆技術很難實現，同時由于這類金屬強度較低，金屬顆粒很難被強度低的基體把持住。噴涂技術也難實現，因為噴涂上去的電鍍技術的缺陷也是很明顯的，當涂層要求有一定厚度時的涂層很難獲得高強度。這類金屬表面涂層技術往往是一個科學難題。

銅鋁類金屬表面有往往需要很好的涂層技術，例如冶金企業鋼胚連鑄生產線上使用的連鑄結晶器，要求采用具有高導熱性的純銅，由于鋼水冷卻成鋼胚后要從結晶器表面通過，因此對結晶器表面有磨損，但純銅不耐磨損。目前該部件表面的涂層通過電鍍的方法制備，例如典型的工作面鍍鎳鐵合金的鉻鋯銅質結晶器，基體是鉻鋯銅板，表面鍍鎳鐵合金，使用壽命提高。目前最新的技術是在電鍍的基礎上進一步通過噴涂技術將鎳鉻等合金涂鍍在結晶器表面，使用壽命進一步提高，由于目前涂鍍技術結合強度不高，容易出現“掉塊”剝落，影響使用壽命和鋼胚質量。

三、發明內容：

本發明的目的是提出一種可以在銅或鋁等高導熱金屬表面熔覆一層其他金屬涂層，從而獲得高結合力表面改性涂層和提高表面強度的新方法。

實現上述目的方法是：將待熔覆金屬粉沫、薄片或細絲，置于銅鋁類金屬本體表面，利用高峰值功率的脈沖激光束照射金屬表面，將待熔覆金屬和銅鋁類金屬本體表面同時熔化，當激光脈沖結束后待熔覆金屬與銅鋁類金屬本體表面形成冶金結合熔覆，多次重復上述的操作可以形成一個大面積的薄層熔覆層。在這個熔覆薄層上重復操作，可以形成所需一定厚度的熔覆層，控制每一層的平面截面形狀，所有這些截面形狀的組合可以形成具有一定的立體形狀的熔覆層。脈沖激光束可以是固體的YAG(摻釹釔鋁石榴石激光器)脈沖激光，也可以是其他具有高輸出功率的脈沖激光系統。當熔覆層有一定厚度后，采用連續激光進行后續的熔覆。每一層熔覆的金屬或合金粉沫可以不同，使熔覆層的特性逐漸變化，形成過渡結構。待熔覆金屬粉沫、薄片、細絲可以是單一金屬，也可以是合金。方法可將任意金屬粉末、薄片、細絲熔覆于高導熱金屬表面。可以用大于或等于脈沖激光束能量的連續激光束進行照射，也進行同樣工藝的熔覆。

在銅鋁類高導熱金屬表面熔覆上其它金屬，可以在銅鋁類本體表面獲得離結合力的改性涂層，使其工件具有耐磨、耐磨蝕或耐高溫性能，大大提高工件的使用壽命。該方法簡單易行，工作穩定，成本低廉，適于推廣應用。

四、具體實施方式：

將待熔覆金屬粉末(可以是單一金屬或合金)、薄片或細絲，置于銅或鋁等金屬本體表面，利用高峰值功率的脈沖激光束照射金屬表面，將待熔覆金屬和銅或鋁等金屬本體表面同時熔化，當激光脈沖結束后待熔覆金屬與銅或鋁等金屬本體表面形成冶金結合熔覆。

每一個激光脈沖能夠形成的熔覆點很小也很薄，將工件置于一個能夠水平運動的工作臺上。當完成一個熔覆點后工作臺水平運動一個很小的距離，重復上述的熔覆操作就可以形成一個大面積的薄層熔覆層。熔覆層完成后，再置一層待熔覆金屬在前一層熔覆層上，同時工件向下運動一個薄層的距離，在這個熔覆薄層上重復熔覆操作，可以形成第二層熔覆層，重復操作就可以最終熔覆出所需一定厚度的熔覆層。

控制每一層的平面截面形狀，所有這些截面形狀的組合可以形成具有一定的立體形狀的熔覆層。

熔覆時也可以不是工件運動，而是激光束運動，只要工件和激光束之間實現相互運動就能夠實現大面積熔覆。

脈沖激光束可以是固體的YAG(摻釹釔鋁石榴石激光器)脈沖激光，也可以是其他具有高輸出功率的脈沖激光系統，例如CO2激光器、氬離子激光器、自由電子激光器等。

典型的激光器可以使用固體YAG(摻釹釔鋁石榴石激光器)激光。典型的激光平均功率可以是幾十-幾百瓦，典型的激光脈沖是毫秒量級，這樣典型的激光峰值功率是幾千到幾十千瓦。當然采用更高的激光功率有助于提高熔覆速度。

只要適當控制激光脈沖能量和脈寬，本方法可將任意金屬粉沫、薄片、細絲熔覆于高導熱金屬表面。