[发明专利]一种用于紫铜表面改性的Cu基材料及制备和焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于紫铜表面改性的Cu基材料及制备和焊接方法，属于钎焊领域。

背景技术

纯铜具有优良的导电、导热性以及耐腐蚀性和加工成型性，在电力、电工、冶金和机械等工业领域有广泛的应用(如电真空器件、引线框架、通电导轨、高炉风口及连铸结晶器等)。但纯铜的表面硬度和耐磨性较差会导致某些铜器件因表面磨损或塑性变形而过早失效，服役寿命大大降低，从而限制纯铜的应用。实现纯铜有效的表面改性对拓展其应用领域具有重要意义和价值。

对纯铜进行表面改性主要有热喷涂，堆焊，电镀，激光熔敷等方法。但这些方法都存在自身的局限性，例如热喷涂制备复合涂层作业环境差，难以制备厚度较大的涂层，并且涂层与基体为机械结合，结合强度低。堆焊制备复合涂层时焊接温度场难以控制，基体材料内存在较大的残余应力并容易产生变形，堆焊后涂层表面粗糙，增加机加工程序。电镀制备的涂层厚度较薄，保护作用较差。激光熔覆一次性投资成本高，并且制备复合涂层时其较高的能量密度会造成合金元素的烧损，使硬质相与粘结相的组织发生转变，对复合涂层表面的硬度及耐磨性产生一定影响。将纯铜与硬质涂层的优异性能结合起来，才能成为理想的结构材料。对于涂层的制备需要考虑涂层与基体的线膨胀系数，导热性等差异。由于纯铜熔点较高，导热性好，在冷却时容易产生较大的残余应力，使得涂层与基体的结合强度较低。因此研制一种新的表面金属化材料、制备方法与工艺是解决上述问题和工程实际应用问题的关键。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于紫铜表面改性的Cu基材料及制备和焊接方法，能有效改善紫铜表面的耐磨性和硬度，调整涂层厚度并提高涂层与基体的结合强度。

技术方案：为实现上述目的，本发明的用于紫铜表面改性的Cu基材料，包括与紫铜表面连接的铜基钎焊布以及与铜基钎焊布连接的WC金属布，所述铜基钎焊布按重量百分比计的元素成分包括：Mn30％～35％，Ni4％～6％，Sn0.5％～1.5％，Zn0.5％～1.0％，Si0.1％～0.3％，La0.1％～0.2％，聚四氟乙烯0.01～0.03％，余量为Cu；所述WC金属布按重量百分比计的元素成分包括：WC50％～80％，余量为所述铜基钎焊布。

作为优选，所述铜基钎焊布和WC金属布均为柔性粘带状，厚度均为0.5～2.0mm。

作为优选，所述WC为镍包WC，镍包WC颗粒大小为30～45μm。

一种上述的用于紫铜表面改性的Cu基材料，包括以下步骤：

A、铜基钎焊布的制备

(1)按质量百分比称取Cu、Mn、Ni、Zn、Sn、Si、La和聚四氟乙烯粉末，并将其混合均匀；

(2)将得到的混合金属粉末颗粒在自动轧辊设备进行轧制，首先初步控制粘接布的厚度在3.0～5.0mm左右，对粘接布再一次进行轧辊，调节滚轮之间的间距，控制高度为0.5～2.0mm，给粘接布一个正压力，进行2～3次重复轧辊，对金属颗粒表面及金属颗粒之间的粘接剂产生挤压作用，粘接剂在挤压作用下形成纤维状；对铜基钎焊布正反两面进行5～6次重复轧辊，金属纤维形成一个纵横交错的立体蛛网式结构，金属颗粒镶嵌或包裹在粘接剂中，使分散的合金金属粉形成一个相互联系的整体，纤维状各个区间的金属颗粒均匀分布，轧辊形成柔性铜基钎焊布；

B、WC金属布的制备

(1)按质量百分比称取WC粉末、Cu、Mn、Ni、Zn、Sn、Si、La和聚四氟乙烯粉末，并将其混合均匀；

(2)将得到的混合金属粉末颗粒在自动扎棍设备进行轧辊，首先初步控制粘接布的厚度在3.0～5.0mm左右，对WC金属布再一次进行轧辊，调节滚轮之间的间距，控制高度为0.5～2.0mm，给WC金属布一个正压力，进行2～3次重复轧辊，对金属颗粒表面及金属颗粒之间的粘接剂产生挤压作用，粘接剂在挤压作用下形成纤维状；对WC金属布正反两面进行5～6次重复轧辊，金属纤维形成一个纵横交错的立体蛛网式结构，金属颗粒镶嵌或包裹在粘接剂中，使分散的合金金属粉形成一个相互联系的整体，纤维状各个区间的金属颗粒均匀分布，轧辊形成柔性WC金属布。

一种上述的用于紫铜表面改性的Cu基材料的钎焊工艺，包括以下步骤：

(1)准备阶段：先对待钎焊的纯铜表面进行清理，除去表面的杂质、油污和氧化膜，并置于丙酮中利用超声波清洗10-15min，根据纯铜表面的形状，裁剪相应的柔性铜基钎焊布和WC金属布；

(2)装配步骤：把纯铜基体放置在下面，将裁剪好的柔性铜基钎焊布和WC金属布按纯铜/铜基钎焊布/WC金属布的顺序放入钎焊炉；