[發(fā)明專利]一種純銅表面激光原位自生陶瓷增強(qiáng)熔覆層的制備方法

有效

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• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107299343B
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戰(zhàn)再吉;呂相哲;曹海要;王振春
• 申請（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C9/06;C22C32/00;C22C30/02;B22F1/00
• 代理公司: 北京思格頌知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11635
• 代理人: 潘珺

本發(fā)明公開了一種純銅表面激光原位自生陶瓷增強(qiáng)熔覆層的制備方法，所述方法包括以下步驟：制備熔覆粉末；待熔覆的純銅基體的表面預(yù)處理；采用同步送粉方式，利用激光熔覆裝置，使熔覆粉末在純銅基體的表面迅速熔凝，形成ZrB₂?ZrC?Al₂O₃陶瓷增強(qiáng)熔覆層。本發(fā)明所獲得的熔覆層，復(fù)合陶瓷熔覆層與基體結(jié)合良好，無氣孔與雜質(zhì)，合成的陶瓷增強(qiáng)相在熔覆層內(nèi)部由基體至表面含量上升，呈梯度分布，同時(shí)生成三種不同的陶瓷相，其形態(tài)結(jié)構(gòu)不同，硬度顯著提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于表面工程領(lǐng)域，涉及一種純銅表面激光原位自生陶瓷增強(qiáng)熔覆層的制備方法，即在激光作用下于純銅表面原位反應(yīng)生成ZrB₂-ZrC-Al₂O₃增強(qiáng)熔覆層。

背景技術(shù)

銅及其合金具有高的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能和優(yōu)異的塑性與韌性，但其強(qiáng)度及耐磨性能較差，不適合在高負(fù)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(wěn)定性；將兩者結(jié)合，銅基陶瓷復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性并兼具高的強(qiáng)度與耐磨性，提高了銅材料的應(yīng)用范圍。

在純銅表面制備銅基陶瓷復(fù)合材料的傳統(tǒng)技術(shù)主要有：熱噴涂、表面堆焊和物理化學(xué)氣相沉積等，但這些傳統(tǒng)技術(shù)存在一些缺陷，如熱噴涂獲得的涂層與基體之間為機(jī)械結(jié)合，結(jié)合力弱，受到?jīng)_擊脫落；物理化學(xué)氣相沉積只能獲得幾十微米厚度的涂層，并且涂層與基體結(jié)合性較差；表面堆焊對焊料材料要求高，可夠選擇的材料范圍窄。并且傳統(tǒng)方法主要為直接加入陶瓷材料制備銅基陶瓷復(fù)合材料，由于銅與陶瓷材料潤濕性較差，熱膨脹系數(shù)差異大，導(dǎo)致銅與陶瓷材料結(jié)合性差。

激光熔覆技術(shù)是一種先進(jìn)的表面增材制造技術(shù)，通過高能激光束使熔覆材料與基體表層同時(shí)熔融凝固，獲得冶金結(jié)合的增強(qiáng)層，熔覆材料選擇范圍廣，加工過程靈活可控。因此可以利用激光熔覆技術(shù)在銅表面制備具有良好綜合性能的銅基陶瓷復(fù)合熔覆層。銅具有較低的激光吸收率與高的導(dǎo)熱性能，使得銅相較于鐵、鈦等金屬在同等激光功率下只能吸收較少的能量，同時(shí)由于導(dǎo)熱迅速，所能達(dá)到的最高溫度也較低。銅對不同波長的激光吸收率不同，半導(dǎo)體光纖激光器所發(fā)射的激光波長為1.064μm，CO₂激光器所發(fā)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(dǎo)體光纖激光器有利于銅表面的激光熔覆。

高溫自蔓延反應(yīng)是一種通過反應(yīng)物大量放熱來自我維持反應(yīng)進(jìn)行并合成陶瓷材料的原位合成反應(yīng)。反應(yīng)過程中會放出大量的熱有利于激光熔覆過程，同時(shí)激光可以作為熱源誘發(fā)高溫自蔓延反應(yīng)，在銅表面原位生成增強(qiáng)相。在高溫自蔓延反應(yīng)過程中，由于陶瓷相材料的熔點(diǎn)高，會在熔池中優(yōu)先形核，在接下來的凝固過程中可以作為形核質(zhì)點(diǎn)，提高形核率，并且如果在熔池中存在多種金屬時(shí)，與陶瓷材料潤濕好的金屬材料會首先在陶瓷形核點(diǎn)周圍結(jié)晶，形成一種包裹結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改善陶瓷相與金屬基體之間的結(jié)合性，由于金屬基體導(dǎo)熱迅速，熔池又以熱輻射的形式向外部環(huán)境放出大量的熱，熔池溫度下降快，能夠抑制晶粒的長大，繼而獲得晶粒細(xì)小的熔覆層。原位合成陶瓷材料相較于直接加入陶瓷材料，原位合成陶瓷相與金屬基體之間的結(jié)合更好。但目前關(guān)于銅基陶瓷復(fù)合材料在激光熔覆領(lǐng)域的研究較少，因此研究并制備出一種激光熔覆高溫自蔓延反應(yīng)原位合成的銅基陶瓷復(fù)合材料具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種純銅表面原位自生陶瓷增強(qiáng)熔覆層的制備方法，解決直接加入陶瓷材料與銅結(jié)合性差的問題，以及利用高功率激光器在純銅表面原位反應(yīng)生成ZrB₂-ZrC-Al₂O₃增強(qiáng)熔覆層的制備工藝。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種純銅表面激光原位自生陶瓷增強(qiáng)熔覆層的制備方法，所述方法包括以下步驟：

A：制備熔覆粉末；

B：待熔覆的純銅基體的表面預(yù)處理；