[发明专利]一种基于激光与电化学沉积交互处理钛合金增材制造铜的方法

说明书

本发明公开了一种基于激光与电化学沉积交互处理钛合金增材制造铜的方法，该方法首先在钛合金表面沉积铜前，先通过激光处理在钛合金表面形成熔凝层，再对其进行铜沉积；继而对沉积有铜的试样进行激光处理，获得钛/铜元素共存的中间层，再在该层表面继续以相同的工艺电沉积铜，获得第二层铜沉积层，继续对所得沉积层进行激光处理后再沉积，如此激光与电沉积交互处理，在钛合金表面获得铜沉积层；本发明采用绿色环保的激光熔凝方法处理待沉积钛合金基体表面，代替了传统化学预处理方法；激光与电沉积的交互处理，解决了传统电沉积无法无限沉积的缺陷，不仅提高了沉积层质量，也提高了基材与沉积层的结合力。

技术领域

本发明涉及电沉积加工方法技术领域，具体涉及一种基于激光与电化学沉积交互处理钛合金增材制造铜的方法。

背景技术

铜具有熔点高、塑性好的特点，应用在金属材料表面可以大大降低摩擦系数，减小摩擦力，对改善金属材料表面的摩擦磨损性能具有良好的效果，尤其是对于螺纹表面，具有很好的抗粘扣作用，目前，石油管的螺纹大都采用镀铜来改善其耐磨性和抗粘扣性。钛合金强度高，耐蚀性好，是用作极端苛刻条件下高强度结构材料的很好选材，尤其是超深油气井高温、高压和强腐蚀环境，钛合金是用作高耐腐蚀油管较好的选材，但是钛合金材料粘性大、耐磨性差，由于钛合金表面镀铜技术难以实现，成为钛合金用作油管材料的技术瓶颈。

近年来，设计钛合金表面沉积铜的技术研究甚少，其主要存在以下问题：(1)钛元素化学活性大，表面易产生氧化，因此在钛合金表面践行电沉积或化学镀很难实现；(2)沉积层与基体表面结合力差，沉积存在极限值，沉积层质量难以满足应用的技术要求；(3)现有公开的钛合金表面沉积铜的方法，主要包括除油、活化、氢化、预镀镍、氰化沉积铜等工序，其活化处理工序或者氢化处理工序通常采用含有氟硼酸、氢氟酸或浓度较高的强腐蚀性酸溶液对钛合金表面进行浸蚀处理，以达到活化钛合金表面提高电沉积结合力的目的，该方法所用物质对人体危害大，易造成严重的环境污染。

激光与电化学沉积交互处理钛合金增材制造铜的方法，用激光处理代替了传统前处理方法，使得钛合金能在激光处理下直接在表面进行铜沉积；另一方面，激光与电化学沉积的交互进行，解决了传统沉积存在的沉积极限的问题，同时提高了沉积层的结合力，使得沉积晶粒细化，沉积层更为致密，改善了沉积质量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种激光与电化学沉积交互处理钛合金增材制造铜的方法，该方法在对钛合金基体电沉积前，采用绿色环保的激光熔凝方法作用于待沉积基体表面，代替了传统的化学前处理方法，且激光与电沉积的交互处理，解决了传统电化学沉积无法无限沉积的缺陷，两者结合，不仅提高了沉积层质量，也提高了钛合金基材与铜沉积层的结合力。同时，该方法解决了传统钛合金电沉积铜前处理工艺中存在的步骤复杂繁琐、环境污染大、危害人体健康、沉积层结合力差等缺点。

本发明的技术方案如下：

一种激光与电化学沉积交互处理钛合金表面增材制造铜的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)对钛合金基体进行表面打磨，清洗，自然风干；

所述钛合金基体为TC4钛合金；

优选依次采用240#、400#、800#、1000#、1200#砂纸对钛合金基体进行表面打磨；

(2)通过1500W振镜激光器在气氛保护装置内激光熔凝处理待沉积钛合金基体表面，以除去其表面的氧化膜(该表面熔凝层能够提高基体与沉积层的结合力，提高沉积层质量)；

所述激光熔凝处理的条件为：光斑垂直照射到基体表面，作用点始终处于光斑焦点位置，设定激光器焦距为517mm，激光功率为300～500W，扫描速度为300～400mm/s，扫描方式为单向扫描，线间距为0.04～0.07mm；所述气氛保护装置内所通气体为氩气；