[发明专利]制备超细陶瓷相弥散强化铜涂层的喷涂工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备超细陶瓷相弥散强化铜涂层的喷涂工艺，属于喷涂工艺及电气领域。

背景技术

目前的家用电器、各种机械、输送机和日用品领域内，以节能、节省资源等为出发点，不断向制品轻量化、经济化、高性能化发展。因此，对基础材料的要求也随之多样化、高级化，原有的铝或铜等单一材料已经不能与此相适应，客观上迫切需求能有大幅度超过上述材料特性和功能的新材料问世。而铜/铝复合材料不仅具有铜的导电、导热率高、易钎焊、接触电阻低和外表美观等优点，也具有铝的质轻、经济等优点。采用固相复合技术生产的铜/铝复合板，还具有结合面过渡电阻和热阻抗低、耐蚀、耐用、延展性和成型性好等综合性能，可广泛用于电子、电器、电力、冶金设备、机械、汽车、能源和生活用具等各个领域。

而且中国是铜资源短缺的国家，矿产铜只能满足国内需求的30％，在资源约束和铜价高企的双重压力下，下游企业节约铜材的呼声越来越高。铜铝复合排是节铜的重要产品，广泛应用在输配电行业，对有色金属的综合利用具有战略意义，有资料显示，铜铝复合排若能对铜排市场进行全面替代，每年将会节约50万吨左右的铜需求量。这对电工电气行业的发展具有巨大促进作用。

目前，铝/铜复合材料的制备方法包括固-液法浇注、铸轧工艺和电镀工艺。然而其界面强度和表面硬度仍然较低，致使它无法得到进一步推广。而已有的研究成果表面，在铜基体中复合超细陶瓷弥散相可大幅提高铜的表面硬度，并基本保持纯铜优良的导电率，如今，对氧化铝弥散强化铜的研究与应用最为成熟。

目前，内氧化法已成为制备这种弥散强化铜块体或涂层最常用的方法。然而，内氧化法首先要经过雾化制备Cu-Al合金粉以及用纯铜氧化成Cu₂O氧化剂。对于块体材料，需要用粉末冶金的方法并且经过较为苛刻的烧结工艺最终得到弥散强化铜合金。对于涂层，必须在铝合金基体表面用其他方法覆上Cu-Al合金，然后在氧分压控制苛刻的气氛中进行表面内氧化。传统的内氧化技术虽然原理简单，但工序较为复杂，并不适合大型工件氧化铝弥散强化铜涂层的制备。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种制备超细陶瓷相弥散强化铜涂层的喷涂工艺，使涂层兼备很高的导电率及较高的硬度。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种制备超细陶瓷相弥散强化铜涂层的喷涂工艺，在基体表面喷涂合金粉末，在喷涂过程中控制喷涂火焰的温度为1500-2200K，喷涂火焰的速度为1000-1500m/s：

所述的合金粉末为纯铜粉末与纯铝粉末质量百分比均小于5％的Cu-Al合金粉；或为纯铜粉末与纯铬粉末质量百分比均小于5％的或Cu-Cr合金粉；

所述的合金粉末的粒径为5-45μm，所述的合金粉末的形态为近球形。

所述的基体为含微量合金粉末中所含元素的铝合金或铬钢。

喷涂过程中，喷枪离基体的距离保持不变，且保持在100-210mm之间，喷涂过程中，喷枪与基体相对运动，相对运动的速度为2-30mm/s。

与现有技术相比，本发明所使用的喷涂方法是一种火焰喷涂方法，其采用特殊设计的燃烧室和喷嘴，可以使喷涂火焰速度达7倍音速以上，喷涂火焰温度达2500K以上。它是将气态或液态燃料与高压氧气混合后在特定的燃烧室或喷嘴中燃烧，产生的高温、高速的燃烧焰流被用来喷涂，且火焰未消耗尽的微量氧气对涂层具有氧化效果，可以用以实现内氧化过程。

对于大型工件的超细氧化铝及其他超细陶瓷相的弥散强化铜涂层可以通过本发明方法来实现。

用本发明方法制备的超细陶瓷相弥散强化铜涂层用在铜铝复合导电排上，其工作部分导电率不小于80％IACS、硬度超过传统紫铜排30％以上、连接性高于传统紫铜排，可以作为低压盘柜中紫铜排的理想替代材料。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

在一种Al-Mg合金(Mg质量含量小于10％)的表面用喷涂纯铜粉。选择的喷涂火焰温度1580K，火焰速度1039m/s；喷涂的纯铜粉为5-45μm的近球形粉末；喷枪离工件的距离为205mm；相对运动速度为5mm/s。

用此系列参数制备得到的铜铝复合导电排工作部分导电率测量结果为82-89％IACS、而硬度是传统紫铜排32-40％、并且表面具有凹凸的形貌，在连接过程中会相互嵌入，因此具有更好的连接性。

实施例2