[发明专利]一种激光熔覆原位合成陶瓷相增强铜基熔覆层的制备方法

说明书

本发明公开了一种激光熔覆原位合成陶瓷相增强铜基熔覆层的制备方法，涉及激光增材制造技术领域，包括以下步骤：首先，对基体进行预处理；然后，采用同步送粉激光熔覆的方式，将原料按照反应方程式摩尔比例配比后进行充分混合并干燥后作为熔覆材料；最后，在氩气的保护下，调节激光熔覆工艺参数，熔覆材料在激光束作用下原位反应生成三相陶瓷复合涂层，并且与纯铜基体呈现良好的冶金结合。本发明激光熔覆原位合成陶瓷相增强铜基熔覆层的制备方法所制备的铜基熔覆层组织致密，无气孔和裂纹，显微硬度值HV_0.2600以上，在激光增材制造技术领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种激光熔覆原位合成陶瓷相增强铜基熔覆层的制备方法；属于激光增材制造技术领域。

背景技术

铜及其合金因具有优异的导电性、高的导热性及良好的塑性而日益广泛地应用于电力、冶金、机械、航空、航天等领域。然而，在苛刻条件下工作的零部件，如连铸结晶器、高炉风口等，要求具有低的变形量、高耐磨、低摩擦系数等，铜及其合金难以直接满足工程要求。尤其是铜材料在无润滑介质条件下与其他材料(如金属)配副或自配副滑动时的摩擦系数很高，并造成严重的黏着磨损，使铜摩擦组件的工程应用受到很大限制。铜表面改性技术既可以保持铜本身良好的导电、导热性。又可以通过表面改性技术来增强其表面硬度、耐磨性、耐蚀性等。

激光熔覆作为一种先进的表面改性技术，利用激光束聚焦能量极高的特点，瞬间将基材表面预置或与激光同步的粉末完全熔化，同时基材部分微熔，激光束扫描后快速凝固，形成一种新的复合材料，获得与基材冶金结合的致密熔覆层，达到表面改性的目的。

陶瓷具有高熔点、高硬度、热稳定性好等特点，常作为增强相，用于制备激光熔覆金属基复合材料。目前的熔覆材料一般由合金粉末或加入陶瓷粉末组成，存在与基体润湿性差等问题，熔覆后存在气孔、裂纹等缺陷，导致熔覆层出现力学性能不均匀、易剥落等现象。

因此，研究合适的激光熔覆粉末与工艺具有重大意义。高温自蔓延反应是一种原位合成反应，利用反应物之间高的化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料。在激光作用下，诱导熔覆材料发生高温自蔓延反应，同时高温自蔓延反应放出大量的热促进激光熔覆的顺利进行，在表面原位生成增强相。原位自生的陶瓷增强相颗粒较为细小，与基体界面结合较好，裂纹倾向减小，是近年来发展较快的金属基复合材料制备方法。

近年来，复相陶瓷增强金属基复合材料,如TiB₂-TiC/Fe，TiB₂-TiC/Ni，Al₂O₃-TiB₂/Al，Al₂O₃-TiC/Fe等已有所研究，因为单相陶瓷与复相陶瓷相比，性能单一，增强金属基复合材料有限。HfB₂作为一种超高温陶瓷，熔点3250℃，具有优异的物理和化学稳定性能；HfC熔点3890℃，硬度和弹性模量都很高，而且其抗热震性能很好，是一种理想的耐高温候选材料；Al₂O₃熔点2054℃，具有机械强度高，绝缘电阻大，硬度高，耐磨、耐蚀及耐高温等一系列优良性能。

因此，利用激光熔覆技术原位合成法制备三相陶瓷熔覆层增强纯铜，开发合适的激光熔覆粉末与工艺就成为该技术领域急需解决的技术难题。

发明内容

本发明要解决的关键技术问题是：针对现有纯铜表面强化存在的不足，如：存在污染，硬度、耐磨性、耐热冲蚀性的提高不足以满足要求，界面结合不好等，提出一种激光熔覆原位合成陶瓷相增强铜基熔覆层的制备方法，来解决纯铜表面强化问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种激光熔覆原位合成陶瓷相增强铜基熔覆层的制备方法，其步骤如下：

(1)基体预处理