[发明专利]纯铜表面高性能导电纳米陶瓷金属熔覆涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种纯铜表面高性能导电纳米陶瓷金属熔覆涂层的制备方法，利用溶胶‑凝胶法制备Zr(OH)₄凝胶，将19～24wt% Zr(OH)₄凝胶，59～66wt% Cu粉，7～10wt% B₂O₃粉末，6～8wt%石墨混合涂覆在纯铜基体表面，进行激光扫描熔覆得到纳米ZrB₂/Cu陶瓷金属熔覆涂层。本发明在原位反应的基础上利用激光照射形成熔覆涂层，实现了熔覆涂层的良好致密性及ZrB₂在涂层中的均匀分布，获得了高硬度、高抗拉强度以及良好导电性的纳米陶瓷金属熔覆涂层。

技术领域

本发明属于纯铜材料表面强化技术领域，涉及一种在纯铜表面涂覆陶瓷金属复合涂层的方法，特别是涉及一种利用溶胶-凝胶法与激光熔覆技术相结合的，在纯铜表面制备高性能导电熔覆涂层的方法。

背景技术

铜及铜合金具有很多出色的性能，如高的热导率和电导率、优秀的塑形和韧性等，使其被广泛作为航空航天和电接触元件的原材料应用。但铜及铜合金的硬度、强度和耐磨性很低，难以在极端环境条件下直接应用。如炼铁高炉风口、连铸结晶器、电接触摩擦装置及转炉氧枪喷头等，都要求材料具有高导电率、高耐磨、低变形量的特性。因此，在不影响导电性能的情况下，如何提高铜及铜合金的硬度、强度和耐磨性，引起了广泛的关注。

陶瓷金属复合材料具有金属较高的塑形、韧性和较高的导电、导热性能，又兼具陶瓷材料的超高硬度和优异的耐磨损性能，是一种综合性能优异的工程结构材料，被广泛应用于工业生产中。

ZrB₂具有高熔点、高硬度、高稳定性，并具备良好的导电导热性能、抗氧化性能和抗腐蚀性能。以ZrB₂作为增强相制备的复合涂层性能优异，具有较高的强度和优异的抗磨损性能。

激光熔覆可以在普通材料表面制备出与基体良好冶金结合的涂层，且涂层性能高，可以针对工件的服役条件针对性的进行选材和熔覆。

原位合成技术是指将反应材料按照一定的化学配比，在一定条件下，借助于金属基体与反应材料之间的化学反应，通过化学反应生成均匀细小的增强相。与直接添加的方式相比，原位合成的陶瓷增强相与基体具有良好的润湿性，其界面结合方式通常为冶金结合且增强相粒子可以保持良好的热力学稳定性。

溶胶-凝胶法中，所使用的原料首先被分散到溶剂中形成低粘度溶液，因此，可以在很短的时间内获得分子水平的均匀性，在形成凝胶时，反应物之间是在分子水平上被均匀地混合。

段永岗(激光熔覆制备ZrB₂/Cu多元合金复合涂层的研究[D]. 燕山大学, 2015)以ZrB₂作为增强相，利用同步送粉法将ZrB₂与铜基合金粉末混合后熔覆在铜基体表面。在最优性能时，涂层增强相的含量仅为6wt%。当增加ZrB₂含量时，其在涂层中容易发生团聚，抗拉强度降低，同时涂层中气孔等内部缺陷增多，导致涂层的硬度和电导率下降。

高杰(纯铜表面激光熔覆原位自生ZrB₂-ZrC复合涂层的制备和性能研究[D]. 燕山大学, 2015)利用同步送粉法原位自生ZrB₂-ZrC，制备了ZrB₂-ZrC/Cu复合涂层，抗拉强度最高为340MPa，电导率为43%IACS。当增强相含量进一步增加时，其也会发生涂层气孔增加和增强相发生团聚等缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种纯铜表面高性能导电纳米陶瓷金属熔覆涂层的制备方法，以能够获得高硬度、高抗拉强度以及良好导电性的陶瓷金属复合涂层。