[发明专利]一种基于电弧增材的铜表面熔覆钨铜的方法

说明书

本发明提供了一种基于电弧增材的铜表面熔覆钨铜的方法，步骤如下：可换气的闭合容器中，氩气保护下将铜基体加热并保温；以直流正接钨极氩弧焊进行电弧增材堆焊。该方法中焊丝由铜皮包裹药芯组成，所述药芯包含铜粉、钨粉、硼粉、硅粉，药芯的填充率为30‑80%。采用上述方法制备的材料表面钨铜层的厚度不小于1.5mm，该材料可应用于电气设备电接触面。该方法部件成型效率高，制备的熔覆层厚度可从毫米到厘米量级，范围较大，而且可以根据部件形状调整工艺参数达到快速响应制造的目的。本方法制备的材料综合了铜合金的良好导电性和钨铜合金的耐电弧烧蚀性，应用范围广。

技术领域

本发明涉及合金材料制备技术领域，具体涉及一种在铜基体表面利用电弧增材方法熔覆钨铜的方法。

背景技术

金属铜具有仅次于银的高导电、导热性能，同时具有适宜的强度、优良的耐蚀性能，易于钎焊和形变加工，在电气设备等领域具有广泛的应用。但是纯铜的抗熔焊能力和耐电弧烧蚀性差，在电接触器件中单独使用纯铜往往难以满足使役性能要求。W-Cu合金是一种金属复合材料，通过W-Cu的合金相图可知，这两种金属之间既不固溶也无法形成金属间化合物，形成的是W和Cu两相分离的假合金。这种复合材料即具有W的高熔点、良好的抗电蚀性、高抗熔焊性，同时还具有Cu的高导电导热性、良好的塑性和机加工性能。W-Cu合金广泛应用于高压电器制造领域的电触头材料。在导电接触面部分为W-Cu合金，其余部分为铜，这种结构即综合了W-Cu合金的抗电弧烧蚀性能，又具备纯铜的高导电性，是电接触部位材料的理想选择。

目前对于W-Cu类合金一般选择熔渗工艺进行制备，通过混料、制坯、烧结熔渗、热处理完成此类材料的制备。此类方法适合大规模，大批量制备部件，但是效率低，成本高。在铜合金表面堆焊主要存在以下为题：1.铜合金具有极高的反射率，采用激光高能束难以在其表面制备涂层；2.铜合金易氧化，尤其在大气环境下加热条件下，极易反应生成氧化铜；3.铜合金具有极强的导热性方法，需要特殊的热源工艺确保基材能够熔化。因此，需要新的在铜基体表面熔覆W-Cu的工艺技术。

发明内容

针对目前在铜基材表面熔覆钨铜中激光难以在铜表面制备涂层、铜合金易氧化、导热高等问题，本发明提供一种基于电弧增材的铜表面熔覆钨铜的方法。

本发明的另一目的是提供一种上述方法获得的表面熔覆钨铜的铜材料及其在电接触面的应用。

本发明的再一目的是提供一种基于电弧增材的铜表面熔覆钨铜的方法中使用的药芯焊丝。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种基于电弧增材的铜表面熔覆钨铜的方法，包括以下步骤：

（1）可换气的闭合容器中，氩气保护下将铜基体进行加热并保持温度；

（2）进行电弧增材堆焊。

步骤（1）中加热温度为200℃-450℃，容器中压力为0.105MPa。

步骤（2）中焊接方式为直流正接钨极氩弧焊，焊接电流160-260A，钨极直径为2.5mm，钨极同工件之间的距离为3-10mm。

步骤（2）中焊速为80-300mm/min；焊丝直径为1.6-2mm；送丝速度为600 -1800cm/min。

步骤（2）中，焊接方式优选为多层多道熔覆，单道熔覆层的宽度为1-2mm，单层厚度1.5-3mm。

步骤（1）或（2）中氩气纯度为99.99%，氩气流量为10-13L/min。