[发明专利]一种激光－感应复合熔覆制备高强高导铜基合金涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备高强高导铜基合金涂层的方法，尤其涉及一种激光－感应复合熔覆制备高强高导铜基合金涂层的方法。

背景技术

在具有一定强度的基材表面制备出高强高导铜基合金涂层，既可以充分发挥基材的塑性、韧性或者高比强度的优势，也可以充分利用高强高导铜基合金涂层的高导电与高导热、高硬度、高耐磨与高耐蚀性能，从而大幅度提升基材的整体性能（高强度、高韧性、高比强度、高比刚度、高硬度与高耐磨、高导电与高导热性能的结合）。因此，高强高导铜基合金涂层在航空、航天、汽车、冶金、电力等广泛使用铝及铝合金、镁及镁合金、铜及铜合金的表面强化与修复领域具有广阔的应用前景。

目前，制备铜基合金涂层的方法主要有等离子喷涂、冷喷涂与激光熔覆。其中，在等离子喷涂制备铜基合金涂层过程中，铜基合金粉末存在高温易氧化以及涂层内存在大量气孔、显微裂纹、与基材之间结合力差等问题，导致制备的铜基合金涂层存在耐磨与耐蚀性能较差，以及在使用过程中易剥落等缺点（王智平，刘俊钊，路阳，杨效田. 超音速等离子制备多元铝青铜合金涂层的组织，特种铸造及有色合金，2012，32(1)：9－12）。冷喷涂技术是一种新兴的表面工程技术，具有喷涂温度低、无相变及氧化现象，形成的涂层致密与孔隙率低等优点而被广泛关注。尽管冷喷涂制备铜基合金涂层过程中可以克服铜基合金粉末高温易氧化的问题，但是制备的铜基合金涂层与基体之间的结合强度仍不高，很大程度上限制了铜基合金涂层的应用领域（肖正涛. 冷喷涂铜合金涂层制备工艺及其防护性能研究，硕士学位论文，中国海洋大学，2011）。相对于等离子喷涂与冷喷涂而言，激光熔覆制备铜基合金涂层具有组织致密、稀释率低、与基材呈结合强度高的冶金结合等优点。但是，在激光熔覆铜基合金涂层过程中，铜基合金粉末也存在高温易氧化的问题，而且由于基体（铝及铝合金、镁及镁合金、铜及铜合金）具有较高的反射率与导热率，导致对激光束能量的吸收率较低，无法实现自动送粉式激光熔覆。因此，通常采用两步法进行激光熔覆：首先采用粘结剂将铜基合金粉末预置于基体表面，然后用激光束加热使其熔化而获得与基体呈冶金结合的铜基合金涂层（魏广玲. 铝合金表面激光熔覆铜基复合涂层研究，硕士学位论文，大连理工大学，2010）。这种方法虽然简单易操作，克服了基体对激光束反射率高的问题，但是该方法的加工窗口窄与加工效率低，通常仅局限于平整表面的工件，对于复杂曲面零部件难以获得厚度均匀、组织与性能一致的铜基合金涂层，而且粘结剂在激光熔覆过程中易因为挥发或燃烧，在铜基合金涂层内形成诱导涂层开裂的气孔。

众所周知，铜合金的强度与导电、导热呈相互矛盾的关系。因此，到目前为止，上述的三种方法（等离子喷涂、冷喷涂与激光熔覆）很难在高效率条件下，制备不但具有组织致密、无气孔与裂纹，而且还具备高强度与高韧性、高导电与高导热、高耐磨与高耐蚀等综合性能优异的高强高导铜基合金涂层。近年来，可以在高效率条件下，将涂层内的热应力降低到最小程度，从而制备高性能的无裂纹涂层的激光－感应复合熔覆制备技术（Shengfeng Zhou，Yongjun Huang，Xiaoyan Zeng. Microstructure characteristics of Ni-based WC composite coatings by laser induction hybrid rapid cladding. Materials Science and Engineering: A，2008，480（1－2）：564－572）引起了人们的广泛兴趣。但是，关于激光－感应复合熔覆制备高强高导铜基合金涂层的方法并未见文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光－感应复合熔覆制备高强高导铜基合金涂层的方法。本发明所用的专用铜基合金粉末经过化学镀镍处理形成具有核－壳结构的镍包铜基合金粉末后，具有流动性好、抗高温氧化性能优异等特点，克服了激光－感应复合熔覆过程中高温易氧化的问题。另外，基体（铝及铝合金、镁及镁合金、铜及铜合金）经过化学镀镍以及感应预热之后，大幅度提高了对激光束能量的吸收率，同时，也大幅度地降低了激光－感应复合熔覆过程中的温度梯度，消除了铜基合金涂层中的气孔与裂纹等缺陷，而且制备的铜基合金涂层与经过化学镀镍处理的基体具有良好的相容性与润湿性，大幅度提高了铜基合金涂层与基体之间的结合强度。因此，采用本发明的方法可以在熔覆效率提高5~10倍的条件下，制备兼具高强度与高硬度、高耐磨与高耐蚀、高导电与高导热的高强高导铜基合金涂层。

本发明是这样来实现的，其方法与步骤为：