[发明专利]一种激光辅助低压冷喷涂制备氧化铝增强铜基耐磨导热导电涂层的方法

说明书

本发明提供了一种激光辅助低压冷喷涂制备氧化铝增强铜基耐磨导热导电涂层的方法，该方法在低压冷喷涂过程中同步引入激光束，通过激光的辐照作用，软化而不熔化粉末颗粒，同时加热基体，降低粉末的临界沉积速度，提高粉末的沉积效率，提高涂层的结合力，降低涂层孔隙率；并通过在铜粉末中加入非规则氧化铝颗粒来增强涂层的耐磨性，使涂层中氧化铝含量低而机械性能好，以解决单一低压冷喷涂所制备铜涂层的诸多问题，在保持导热导电性能的同时大大增加耐磨性能，使得复合涂层的综合性能好，资源利用率高，符合绿色发展理念。

技术领域

本发明属于激光复合加工领域，具体涉及一种激光辅助低压冷喷涂制备氧化铝增强铜基耐磨导热导电涂层的方法。

背景技术

铜及其合金拥有较强的延展性能和导电导热性能，但有时由铜及其合金制成的零件是长期在滑动摩擦环境中使用，工作强度高，导致接触表面易磨损和零件变形，从而使导热导电性能下降。对于一些信号传输零件来说，还会引起信号失真和消失。比如机车受电弓板(滑板材料)、接插件(对接口材料)、电动机(电刷材料)这些零件主要由铜及铜合金制成，它们长期服役于摩擦环境中。对于损坏零件我们主要有两种方法：一是对新产品进行表面强化；二是对失效零件表面进行定向修复，可减少对新产品的需求，从而节约资源和成本。

目前国内外对于铜材料改性主要通过在铜材料中加入增强相，可提高涂层耐磨性同时保留导热导电性能。制备硬质陶瓷相/Cu复合材料的方法有等离子烧结技术、粉末冶金技术等固体成形技术，也有冷喷涂技术、等离子喷涂技术等表面技术，但对于产品修复和表面加强来说固体成型技术并不适用，在表面技术中冷喷涂技术低热量的输入可以避免由于高温过程带来的氧化、相变、分解等热致不良影响，因此被广泛应用于表面加强中，但冷喷涂设备不便移动，不利于现场修复制造，生产成本高。

为解决这个问题，低压冷喷涂技术产生了，低压冷喷涂设备可随时移动设备，便于现场修复制造，生产成本低，但低气压会导致涂层结合不致密，结合强度低，因此低压冷喷涂技术一般会在喷涂粉末中加入硬质陶瓷相以弥补这一缺点，可起到清洁喷嘴、增加表面活性和喷丸强化作用。虽然铜颗粒之间由于硬质颗粒的冲击强化结合更紧密，但各颗粒之间界面往往是机械结合，且硬质陶瓷相不易变形，在硬质陶瓷相周围更易产生孔隙。除此之外，低压冷喷涂往往需要加入大量硬质陶瓷相才有良好的耐磨性，而过多硬质颗粒的加入会使涂层导热导电性能降低。

发明内容

针对上述现有低压冷喷涂所制备的氧化铝增强铜基涂层存在沉积效率低、结合强度差、空隙率高、导热导电性能下降严重的缺点，本发明提供了一种激光辅助低压冷喷涂制备氧化铝增强铜基耐磨导热导电涂层的方法。

本发明在低压冷喷涂过程中同步引入激光束，通过激光的辐照作用，软化而不熔化粉末颗粒，降低粉末的临界沉积速度，提高粉末的沉积效率，提高涂层的结合力，以解决单一冷喷涂所制备的涂层诸多不良的问题，极大提高复合涂层的综合性能。

除此之外，在铜粉末中加入非规则氧化铝粉末增强涂层耐磨性，激光可以软化铜粉末，减小氧化铝颗粒周围的孔隙，氧化铝起到冲击强化效果，使它们结合更紧密，氧化铝本身也会提高涂层耐磨性。以此降低涂层的孔隙率，提高沉积效率和结合强度，使涂层拥有良好的导热导电性能同时兼具优异的耐磨性，从而极大提高氧化铝铜基涂层的综合性能，还可降低生产成本。

本发明的技术方案如下：

一种激光辅助低压冷喷涂制备氧化铝增强铜基耐磨导热导电涂层的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将基材依次进行喷砂、超声清洗、无水乙醇擦试和预热处理；

所述基材为紫铜等铜合金材料；

所述预热处理的温度为90℃，时长30min；

其中，喷砂可去除表面氧化物和提高表面粗糙度，超声清洗可清除污渍和残留物，预热处理可激发表面活性；