[发明专利]一种工业纯铜表面镍基激光合金化层及其制备方法

说明书

本发明公开一种工业纯铜表面镍基激光合金化层及其制备方法，其属于金属材料表面强化与改性技术领域。其以工业纯铜为基体材料，以Ni60A与纯Ti粉末作为涂层材料涂覆于基体材料上，通过激光合金化制得，涂层材料的质量百分比为Ni60A为95～65％、纯Ti粉末为5～35％。本发明制备得到的工业纯铜表面镍基激光合金化层表面比较平整，组织均匀且致密，无裂纹、气孔等缺陷出现；硬度和耐磨性能均得到显著提高；本发明制备成本较低，用于激光合金化，性价比较高，具有广阔的工业化应用前景。

技术领域

本发明属于金属材料表面强化与改性技术领域，具体涉及一种工业纯铜表面镍基激光合金化层及其制备方法。

背景技术

铜及其合金因具有良好的导电性、导热性、常温耐蚀性及机械加工性能，在国民经济发展中发挥着重要作用，被广泛应用在冶金行业、军工行业、电气行业、机械制造行业、海洋设备等领域，其中工业纯铜占到了很大的比例。以冶金行业为例，结晶器铜板内表面接触的是沸腾的钢水、熔融保护渣，外表面用水强制冷却，同时伴随着内壁与铸坯之间的摩擦，纯铜及各种铜合金因优良的导热性、机械加工性及一定的耐蚀性被制成结晶器铜板应用在连铸连轧设备中，是结晶器的关键部件。

然而，工业纯铜因强度较低、耐磨性能较差、易受海水冲刷腐蚀等问题，不仅限制了工业纯铜的进一步推广应用，而且造成铜资源的浪费。为解决上述问题，国内外研究学者尝试利用等离子喷涂、化学热处理、离子注入、磁控溅射等方法对纯铜及其合金表面进行改性，在一定程度上有效提高了其表面性能。

随着高能激光器的开发和应用，激光表面改性技术在铜及其合金表面改性方面成为热点研究方向，包括激光重熔、激光冲击硬化、激光熔覆、激光合金化等。相比传统的表面改性技术，激光合金化的优点包括：(1)能够根据需求制备特定性能的涂层；(2)合金化层可实现与基体的冶金结合；(3)热影响区较小，能够最大程度保留原基体材料的性能；(4)可用于不规则零件的表面改性，操作灵活；(5)加工效率高且环保；(6)合金化材料用量相对较少，节省资源。研究表明，在工业纯铜表面制备激光合金化层，能有效提高其表面硬度及耐磨性，有利于提高其对恶劣工况的适应性并扩大其应用范围。

然而，与钢铁、钛合金、铝合金等材料相比，纯铜导热系数大且对激光的吸收率极低，故工业纯铜表面激光合金化层鲜有研究，因此有必要对工业纯铜表面激光合金化层进行研究，以期有效提高工业纯铜表面性能。

发明内容

针对上述现有技术的不足，发明人经长期的技术与实践探索，提供一种工业纯铜表面镍基激光合金化层及其制备方法。本发明采用激光合金化技术，在工业纯铜表面制备Ni60A、Ni60A-x wt.％Ti(x＝10,20,30)合金化层，从而有效提高其硬度和耐磨性。

本发明的目的之一在于提供一种工业纯铜表面镍基激光合金化层。

本发明的目的之二在于提供上述工业纯铜表面镍基激光合金化层的制备方法。

本发明的目的之三在于提供上述工业纯铜表面镍基激光合金化层的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供一种工业纯铜表面镍基激光合金化层，其以工业纯铜为基体材料，以Ni60A与纯Ti粉末作为涂层材料涂覆于基体材料上，通过激光合金化制得，涂层材料的质量百分比为Ni60A为95～65％、纯Ti粉末为5～35％。

优选的，所述涂层材料的质量百分比为Ni60A为90～70％、纯Ti粉末为10～30％；

进一步优选的，所述涂层材料中Ni60A与纯Ti粉末的质量百分比为90％：10％或80％：20％或70％：30％；

优选的，所述工业纯铜为含铜量大于99.50％的铜；更进一步的，所述工业纯铜为普通紫铜；