[發明專利]一種純銅表面激光熔覆制備二氧化鋯-碳化硼增強熔覆層的方法

有效

• 申請號: 201710689950.3
• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107287592B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 戰再吉;呂相哲;曹海要;王振春
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 北京思格頌知識產權代理有限公司 11635
• 代理人: 潘珺

本發明公開了一種純銅表面激光熔覆制備二氧化鋯?碳化硼增強熔覆層的方法，所述方法包括以下步驟：制備陶瓷復合增強熔覆粉末；待熔覆的純銅基體的表面預處理；采用同步送粉方式，利用激光熔覆裝置，使陶瓷復合增強熔覆粉末在純銅基體的表面迅速熔凝，形成ZrO₂?B₄C陶瓷增強熔覆層，將熔覆后的純銅基體空冷至室溫。本發明所獲得的熔覆層，可以提高熔覆層的力學性能，最終在純銅表面獲得成分均勻性能優異的熔覆層。

技術領域

本發明屬于表面工程領域，涉及一種純銅表面激光熔覆制備陶瓷復合增強熔覆層的方法，即在激光作用下純銅表面生成ZrO₂-B₄C增強熔覆層。

背景技術

純銅具有高的導熱導電性能和優異的塑性與韌性，但其強度及耐磨性能較差，不適合在高負荷的條件下工作；陶瓷材料具有高的硬度、良好的耐磨性與高溫穩定性；將兩者結合，即制備銅基陶瓷復合材料，使其有良好的導熱導電性并兼具高的耐磨性，提高了銅材料的使用壽命，擴大使用范圍。

激光熔覆技術作為一種先進的表面增材制造技術，通過高能激光束使熔覆材料與基體同時熔融凝固，獲得冶金結合的增強層。

激光熔覆技術相比其它表面技術有如下優點：(1)激光加熱迅速，冷卻速度快(106℃/s)，冷卻組織為典型快速凝固組織。(2)激光作用時間短，熱畸變小，稀釋低，且熔覆層與基體為冶金結合。(3)激光熔覆范圍精確，操作靈活，原料使用少。(4)熔覆粉末選擇范圍廣。(5)易于實現自動化控制。

激光熔覆加工設備是一套復雜的系統。主要包括：(1)激光器(CO₂激光器、YAG激光器、半導體激光器、光纖激光器)和光路系統。產生激光并傳導至加工區域。(2)送粉設備(送粉器、粉末傳輸通道和噴嘴)。輸送熔覆粉末到熔池。(3)激光加工平臺。多坐標數控機床或智能機械手按照設定路徑實現激光束與加工件之間的相對運動。(4)輔助設備。氣氛控制系統、檢測與反饋控制系統和散熱系統。銅對不同波長的激光吸收率不同，半導體光纖激光器所發射的激光波長為1.064μm，CO₂激光器所發射的激光波長為10.6μm，銅在相同條件下對前者的吸收率約為后者的7倍，因此使用半導體光纖激光器有利于銅表面的激光熔覆。

因此可以利用激光熔覆技術在銅表面制備具有良好綜合性能的陶瓷增強熔覆層。將兩種增強材料共同用于激光熔覆還沒有相關的研究，同時多元陶瓷的增強效果優于單元陶瓷，因此研究并制備出一種激光熔覆用銅基陶瓷增強復合材料具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種純銅表面制備陶瓷復合增強熔覆層的方法，利用高功率激光器在純銅表面生成ZrO₂-B₄C增強熔覆層的制備工藝。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種純銅表面激光熔覆制備二氧化鋯-碳化硼增強熔覆層的方法，所述方法包括以下步驟：

A：制備陶瓷復合增強熔覆粉末；

B：待熔覆的純銅基體的表面預處理；

C：采用同步送粉方式，利用激光熔覆裝置，使陶瓷復合增強熔覆粉末在純銅基體的表面迅速熔凝，形成陶瓷增強熔覆層；

D：將熔覆后的純銅基體空冷至室溫；

其中步驟A和步驟B的順序可調換。

進一步的，所述陶瓷復合增強熔覆粉末中各組份的量按重量百分比為：5～10％ZrO₂粉、5～20％Ni包B₄C粉、余量為Cu粉。

進一步的，所述ZrO₂粉和Ni包B₄C粉的質量比為1：1～2。