[发明专利]一种纯铜表面激光熔覆制备二氧化锆-碳化硼增强熔覆层的方法

说明书

本发明公开了一种纯铜表面激光熔覆制备二氧化锆‑碳化硼增强熔覆层的方法，所述方法包括以下步骤：制备陶瓷复合增强熔覆粉末；待熔覆的纯铜基体的表面预处理；采用同步送粉方式，利用激光熔覆装置，使陶瓷复合增强熔覆粉末在纯铜基体的表面迅速熔凝，形成ZrO₂‑B₄C陶瓷增强熔覆层，将熔覆后的纯铜基体空冷至室温。本发明所获得的熔覆层，可以提高熔覆层的力学性能，最终在纯铜表面获得成分均匀性能优异的熔覆层。

技术领域

本发明属于表面工程领域，涉及一种纯铜表面激光熔覆制备陶瓷复合增强熔覆层的方法，即在激光作用下纯铜表面生成ZrO₂-B₄C增强熔覆层。

背景技术

纯铜具有高的导热导电性能和优异的塑性与韧性，但其强度及耐磨性能较差，不适合在高负荷的条件下工作；陶瓷材料具有高的硬度、良好的耐磨性与高温稳定性；将两者结合，即制备铜基陶瓷复合材料，使其有良好的导热导电性并兼具高的耐磨性，提高了铜材料的使用寿命，扩大使用范围。

激光熔覆技术作为一种先进的表面增材制造技术，通过高能激光束使熔覆材料与基体同时熔融凝固，获得冶金结合的增强层。

激光熔覆技术相比其它表面技术有如下优点：(1)激光加热迅速，冷却速度快(106℃/s)，冷却组织为典型快速凝固组织。(2)激光作用时间短，热畸变小，稀释低，且熔覆层与基体为冶金结合。(3)激光熔覆范围精确，操作灵活，原料使用少。(4)熔覆粉末选择范围广。(5)易于实现自动化控制。

激光熔覆加工设备是一套复杂的系统。主要包括：(1)激光器(CO₂激光器、YAG激光器、半导体激光器、光纤激光器)和光路系统。产生激光并传导至加工区域。(2)送粉设备(送粉器、粉末传输通道和喷嘴)。输送熔覆粉末到熔池。(3)激光加工平台。多坐标数控机床或智能机械手按照设定路径实现激光束与加工件之间的相对运动。(4)辅助设备。气氛控制系统、检测与反馈控制系统和散热系统。铜对不同波长的激光吸收率不同，半导体光纤激光器所发射的激光波长为1.064μm，CO₂激光器所发射的激光波长为10.6μm，铜在相同条件下对前者的吸收率约为后者的7倍，因此使用半导体光纤激光器有利于铜表面的激光熔覆。

因此可以利用激光熔覆技术在铜表面制备具有良好综合性能的陶瓷增强熔覆层。将两种增强材料共同用于激光熔覆还没有相关的研究，同时多元陶瓷的增强效果优于单元陶瓷，因此研究并制备出一种激光熔覆用铜基陶瓷增强复合材料具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纯铜表面制备陶瓷复合增强熔覆层的方法，利用高功率激光器在纯铜表面生成ZrO₂-B₄C增强熔覆层的制备工艺。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种纯铜表面激光熔覆制备二氧化锆-碳化硼增强熔覆层的方法，所述方法包括以下步骤：

A：制备陶瓷复合增强熔覆粉末；

B：待熔覆的纯铜基体的表面预处理；

C：采用同步送粉方式，利用激光熔覆装置，使陶瓷复合增强熔覆粉末在纯铜基体的表面迅速熔凝，形成陶瓷增强熔覆层；

D：将熔覆后的纯铜基体空冷至室温；

其中步骤A和步骤B的顺序可调换。

进一步的，所述陶瓷复合增强熔覆粉末中各组份的量按重量百分比为：5～10％ZrO₂粉、5～20％Ni包B₄C粉、余量为Cu粉。

进一步的，所述ZrO₂粉和Ni包B₄C粉的质量比为1：1～2。