[發明專利]一種Cu-Cr合金基材表面層中Cr相粒子均勻彌散化方法

在審

• 申請號: 201811267433.8
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109280867A
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 虞鋼;張犁天;鄭彩云;何秀麗;李少霞;寧偉健
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: C22F1/08
• 分類號: C22F1/08
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本發明提供一種Cu?Cr合金基材表面層中Cr相粒子均勻彌散化方法，包括如下步驟：選擇Cr含量在20～60wt.％的Cu?Cr合金基材，對其表面進行打磨和清潔；放置在惰性氣體保護倉內的工作臺上；將激光原位設備的激光參數調整至小于常規激光原位合金化時參數的1/3，對Cu?Cr合金基材進行一次連續激光掃描；將激光原位合金化的工作平臺進行水平旋轉，將激光參數調整至大于常規激光原位合金化時參數的1/3后，以偏離第一次掃描軌跡的掃描方式對Cu?Cr合金基材進行二次連續激光掃描。本發明在Cu?Cr合金的表面層形成球形、彌散分布的顯微組織，表面區域的成分配比不發生變化，大幅提高了Cu?Cr合金的力學性能(硬度、拉伸強度)和極大提升了材料的電學性能。

技術領域

本發明屬于材料科學與表面工程技術領域，特別涉及一種能夠使Cu-Cr合金基材的表面層中Cr相粒子均勻彌散分布在Cu基體中的彌散化方法。

背景技術

Cu-Cr合金在軌道交通、高壓輸變電網等領域有著廣泛的應用前景，起到了供電和驅動的關鍵作用。Cu-Cr合金的顯微組織的彌散化能極大提升其力學和電學性能，因此，開發出一種彌散型Cu-Cr合金材料的制備技術，具有重大的科研和應用價值。但是，Cu-Cr合金熔體由于Cu和Cr元素的不混溶特性，在凝固期間存在著液-液相變過程，兩者的比重差極易導致組織的宏觀偏析，其制備與應用受到了限制。

在共晶點上，Cu和Cr中和Cr在Cu中的最大溶解度分別為0.77％和0.08％(摩爾質量分數)。常溫下Cu和Cr兩元素幾乎不互溶，兩組元既不形成固溶體，又不形成金屬間化合物，而是以機械混合物的形式存在。在傳統熔鑄過程中，極易形成顯微組織偏析、分布不均甚至形成兩相分層的組織。出于提高生產效率和節約成本的考慮，商用Cu-Cr合金的制備方法主要采用粉末冶金法(燒結法、熔滲法)，但是該方法無法有效解決顯微組織分布不均的問題。

現有技術，如中國專利CN102808099B通過加入新組元作為形核劑實現Cu/Cr復合材料的顯微組織彌散強化，或者采用塑性形變的方式提高組織均勻性，但是該方案會降低合金的導電率。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠使Cu-Cr合金基材的表面層中Cr相粒子均勻彌散分布在Cu基體中的彌散化方法。

特別地，本發明提供一種Cu-Cr合金基材表面層中Cr相粒子均勻彌散化方法，包括如下步驟：

步驟100，選擇Cr含量在20～60wt.％的Cu-Cr合金基材，對其表面進行打磨和清潔；

步驟200，將處理后的Cu-Cr合金基材放置在惰性氣體保護倉內的工作臺上，且工作臺位于激光原位設備的工作區內；

步驟300，將激光原位設備的激光參數調整至小于常規激光原位合金化時參數的1/3，對Cu-Cr合金基材進行一次連續激光掃描，以增加Cu-Cr合金基材的表面粗糙度至2.5～4μm，此時Cu-Cr合金基材表面層中的Cr相粒子形狀為半融的條狀；

步驟400，將激光原位合金化的工作平臺進行水平旋轉，將激光參數調整至大于常規激光原位合金化時參數的1/3后，以偏離第一次掃描軌跡的掃描方式對Cu-Cr合金基材進行二次連續激光掃描，此時Cu-Cr合金基材中的Cr粒子形狀為全融后的球狀。

在本發明的一個實施方式中，所述步驟200中惰性氣體保護倉內的氧和氮含量小于50ppm。

在本發明的一個實施方式中，所述打磨后Cu-Cr合金基材的表面粗糙度為1～2μm；第一次激光掃描后所述Cu-Cr合金基材的表面粗糙度增加至2.5～4μm。