專利名稱：一種激光－感應(yīng)復(fù)合熔覆高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金涂層專用銅合金粉末的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料科學(xué)與表面工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金涂層專用銅合金粉末。
背景技術(shù)：
聞強(qiáng)聞導(dǎo)銅合金具有優(yōu)異的綜合性能，如聞強(qiáng)朝性、聞耐磨與聞耐蝕、聞導(dǎo)電與聞導(dǎo)熱等，在集成電路引線框架、電接觸材料、散熱片、結(jié)晶器等工業(yè)領(lǐng)域的關(guān)鍵零部件上具有十分廣闊的應(yīng)用前景。因此，解決銅合金高導(dǎo)電與高強(qiáng)度之間的矛盾以及開(kāi)發(fā)相關(guān)的制備技術(shù)引起了人們的高度關(guān)注。目前，在工業(yè)領(lǐng)域中使用的部分高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金，通常是采用“真空熔煉一鑄造一熱軋開(kāi)坯一冷加工一熱處理”工藝制備的結(jié)構(gòu)件，這種方法工藝復(fù)雜、成本昂貴，屬于高能耗制備工藝技術(shù)。因此，低成本、短流程、綠色制造技術(shù)能夠順應(yīng)全球化“低碳經(jīng)濟(jì)”的發(fā)展，成為了決策者與研究者追求的目標(biāo)。激光熔覆技術(shù)是近四十年發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的綠色再制造技術(shù)，它能夠在低成本的基材表面制備具有組織細(xì)小且致密、結(jié)合強(qiáng)度高、耐磨與耐蝕、導(dǎo)電與導(dǎo)熱性能的涂層，達(dá)到基材表面改性或修復(fù)的目的，以取代大量昂貴的高性能結(jié)構(gòu)件。目前，激光熔覆銅合金涂層所用的合金粉末大多為熱噴涂用銅合金粉末或在這些銅合金粉末的基礎(chǔ)上，采用機(jī)械混粉法摻入不同比例的合金元素形成銅合金粉末。因此，存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:
(I)合金元素與顆粒粒度分布不均勻，形成的激光熔覆銅合金涂層易產(chǎn)生組織偏析、氣孔，導(dǎo)致銅合金涂層的強(qiáng)韌性、耐磨與耐蝕、導(dǎo)電與導(dǎo)熱性能并不高；(2)激光熔覆快速加熱與快速凝固的特點(diǎn)，使激光熔覆過(guò)程的溫度梯度極大，而且制備的銅合金涂層與基材之間的熱物理性能相差較大，導(dǎo)致銅合金涂層極易開(kāi)裂，很大程度上限制了激光熔覆技術(shù)的發(fā)展與在工業(yè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，可以在高效率條件下，將涂層內(nèi)的熱應(yīng)力降低到最小程度，從而制備高性能的無(wú)裂紋涂層的激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆制備技術(shù)(Shengfeng Zhou, Yongjun Huang,Xiaoyan Zeng.Microstructure characteristics of Ni—based WC composite coatingsby laser induction hybrid rapid cladding.Materials Science and Engineering: A，2008,480 (1-2):564-572)引起了人們的廣泛興趣。但是，激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆無(wú)裂紋涂層使用的合金粉末，也通常采用熱噴涂用合金粉末，雖然激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆過(guò)程中的溫度梯度得到了很大程度的降低，但是熱噴涂用合金粉末與基材之間熱物理性能相差較大，僅能在較小的激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆加工窗口內(nèi)制備少部分高性能無(wú)裂紋涂層。

發(fā)明內(nèi)容
為了在高效率條件下，采用激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆的方法制備性能穩(wěn)定的高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金涂層，從而達(dá)到表面強(qiáng)化與修復(fù)銅結(jié)晶輥、銅結(jié)晶器、電磁炮導(dǎo)軌、高速列車電觸頭等關(guān)鍵零部件的目的，必須針對(duì)激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆的工藝特征，開(kāi)發(fā)專用的銅合金粉末。因此，本發(fā)明的目的是提供一種激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金涂層專用銅合金粉末，該專用銅合金粉末的化學(xué)成分為:Ti 2 5wt% ；Mg I 3wt% ；Zr 0.1 0.5wt% ；B 0.2 lwt% ;A1 5 10wt%;Ni 8 15wt% ;Nb 0.8 2wt% ;W 3 8wt% ;Hf 0.0T0.5wt% ；Sc
0.05 0.5wt% ;余量為 Cu。本發(fā)明所述的專用銅合金粉末通過(guò)以下工序制備:真空高頻感應(yīng)熔煉一霧化一篩選一活化一水洗一干燥一化學(xué)鍍鎳一過(guò)濾一水洗一干燥，形成的專用銅合金粉末粒度為30 50 u mD與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金涂層專用銅合金粉末具有以下優(yōu)點(diǎn):
(I)良好的工藝相容性:本發(fā)明的專用銅合金粉末在制備過(guò)程中經(jīng)過(guò)了化學(xué)鍍鎳處理，即在銅合金粉末外表面包覆了一層鎳，形成了核一殼型結(jié)構(gòu)，可以有效提高專用銅合金粉末在激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆過(guò)程中的抗高溫氧化性能。此外，激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆技術(shù)能夠在較大的加工窗口內(nèi)高效地制備表面無(wú)氧化膜、平整光滑、無(wú)氣孔與無(wú)裂紋、與基材呈冶金結(jié)合的銅合金涂層，表明該專用銅合金粉末完全適合激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆的工藝特征。(2)具有高耐磨與高導(dǎo)電性能:由于Zr與Al的加入，在激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆的快速熔化與快速凝固過(guò)程中，析出強(qiáng)化相Cu3Zr與過(guò)飽和a -Cu固溶體，提高銅合金的強(qiáng)度與硬度。另外，Mg、Ti與B的加入，在激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆快速熔化與快速凝固過(guò)程中，均勻彌散析出具有優(yōu)異導(dǎo)電性能的第二相納米MgB2與TiB2顆粒，不但可以提高銅合金的硬度與耐磨性能，而且不會(huì)大幅度降低銅合金的導(dǎo)電性能。(3)具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)韌性:由于W與Nb的加入，提高了銅合金的抗高溫軟化溫度，稀土元素Hf與Sc加入，可以有效細(xì)化晶界、強(qiáng)化晶界與降低雜質(zhì)，從而使激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆銅合金涂層獲得優(yōu)異的高溫強(qiáng)韌性能與耐蝕性能。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的專用銅合金粉末的化學(xué)成分為(質(zhì)量百分比):Ti 3.2% ；Mg 2.5% ；Zr
0.32% ；B 0.5% ；A1 7.5% ；Ni 10% ；Nb1.6% ；ff 5% ；Hf 0.45% ；Sc 0.35 ;余量為 Cu。本發(fā)明的制備工序?yàn)?真空聞?lì)l感應(yīng)熔煉一霧化一篩選一活化一水洗一干燥一化學(xué)鍍鎳一過(guò)濾一水洗一干燥，形成粒度為30飛0 Pm的專用銅合金粉末。另外，本發(fā)明的專用銅合金粉末在制備過(guò)程中經(jīng)過(guò)化學(xué)鍍鎳處理形成核一殼結(jié)構(gòu)，提高激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆過(guò)程中的抗高溫氧化性能。另外，合金元素T1、Mg、Zr、B、Al、N1、Nb、W的加入，提高銅合金的強(qiáng)度、硬度、耐磨性能，稀土元素Hf與Sc的加入能夠進(jìn)一步提高銅合金的強(qiáng)韌性與耐蝕性，使該專用銅合金粉末適合激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆快速加熱與快速凝固的工藝特征，能夠在較大的激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆加工窗口內(nèi)成功制備無(wú)裂紋高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金涂層。采用本發(fā)明的專用銅合金粉末在銅結(jié)晶器表面制備高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金涂層時(shí)，使用的激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆工藝參數(shù)為:激光功率2飛KW，光斑直徑4飛mm，激光掃描速度2飛m/min，感應(yīng)加熱功率20 100 kW，送粉率90 300 g/min，粉末噴嘴與基材表面的夾角45飛3°，搭接率40飛0%，獲得的無(wú)裂紋高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金涂層的主要性能指標(biāo)為:硬度420 450HBS、電導(dǎo)率82 86%IACS、軟化溫度60(T650°C，耐磨性能相對(duì)銅結(jié)晶器提高了 5 8倍。
權(quán)利要求
1.一種激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金涂層專用銅合金粉末，其特征在于:專用銅合金粉末的化學(xué)成分為:Ti 2 5wt% ；Mg I 3wt% ；Zr 0.1 0.5wt% ；B 0.2 lwt% ；A15 10wt%;Ni 8 15wt%;Nb 0.8 2wt% ;W 3 8wt% ;Hf 0.0T0.5wt% ；Sc 0.05 0.5wt% ;余量為Cu。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金涂層專用銅合金粉末，其特征在于:專用銅合金粉末的化學(xué)成分為:Ti 3.2wt% ；Mg 2.5wt% ；Zr 0.32wt% ；B0.5wt% ；A1 7.5wt% ；Ni 10wt% ；Nb1.6wt% ；ff 5wt% ；Hf 0.45wt% ；Sc 0.35wt% ;余量為 Cu。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金涂層專用銅合金粉末，其特征在于:所述的 專用銅合金粉末的粒度為3(T50 Um0
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種激光－感應(yīng)復(fù)合熔覆高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金涂層專用銅合金粉末，該合金粉末的化學(xué)成分為T(mén)i2~5wt%；Mg1~3wt%；Zr0.1~0.5wt%；B0.2~1wt%；Al5~10wt%；Ni8~15wt%；Nb0.8~2wt%；W3~8wt%；Hf0.01~0.5wt%；Sc0.05~0.5wt%；余量為Cu。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于專用銅合金粉末與激光－感應(yīng)復(fù)合熔覆的工藝特征具有良好的工藝相容性，能夠在高效率條件下，制備具有高耐磨、高導(dǎo)電以及優(yōu)異的高溫強(qiáng)韌性的無(wú)裂紋銅合金涂層，實(shí)現(xiàn)銅合金高強(qiáng)度與高導(dǎo)電的有效平衡與結(jié)合，在表面強(qiáng)化與修復(fù)銅結(jié)晶輥、銅結(jié)晶器、電磁炮導(dǎo)軌等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C23C24/08GK103074517SQ20131005501
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月21日
發(fā)明者周圣豐, 戴曉琴, 張?zhí)煊? 吳超, 王春霞, 邵志松 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)