[发明专利]一种激光熔覆原位合成陶瓷相增强铜基熔覆层的制备方法

说明书

本发明公开了一种激光熔覆原位合成陶瓷相增强铜基熔覆层的制备方法，包括如下步骤：S1、基体预处理将纯铜基体工作表面，用砂纸打磨、除油、除锈、清洗，然后黑化处理；S2、配制熔覆粉末配制含Mo粉、SiC粉、Ni粉和Cu粉的熔覆粉末，其中，Mo和SiC的含量占10‑30wt.％，Ni粉占30‑40wt.％，余量为Cu粉；并且Mo占85.67wt.％、SiC占14.33 wt.％；S3、混粉并干燥将步骤S2配制的熔覆粉末利用V型混料机混粉，然后将混合粉末干燥；S4、激光熔覆在保护气氛围下，进行激光熔覆，生成多相陶瓷。本发明所制备的陶瓷相增强铜基熔覆层组织致密，无气孔和裂纹，有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种激光熔覆原位合成陶瓷相增强铜基熔覆层的制备方法，属于激光增材制造技术领域。

背景技术

铜及其合金因具有优异的导电性、高的导热性及良好的塑性而日益广泛地应用于电力、冶金、机械、航空、航天等领域。然而，在苛刻条件下工作的零部件，如连铸结晶器、高炉风口等，要求材料具有低的变形量、高耐磨、低摩擦系数等，铜及其合金难以直接满足工程要求。尤其是铜材料在无润滑介质条件下与配副或自配副滑动时的摩擦系数很高，并造成严重的黏着磨损，使铜摩擦组件的工程应用受到很大限制。铜表面改性技术既可以保持铜本身良好的导电、导热性。又可以通过表面改性技术来增强其表面硬度、耐磨性、耐蚀性等。

激光熔覆作为一种先进的表面改性技术，利用激光束聚焦能量极高的特点，瞬间将基材表面预置或激光同步送粉的粉末完全熔化，同时基材部分微熔，激光束扫描后快速凝固，获得与基材冶金结合的致密熔覆层，达到表面改性的目的。

陶瓷具有高熔点、高硬度、热稳定性好等特点，常作为增强相，用于激光熔覆制备金属基复合材料。目前的熔覆材料一般由合金粉末或加入陶瓷粉末组成，存在与基体润湿性差等问题。

因此，研究合适的增强相与激光熔覆工艺具有重大意义。在激光作用下，诱导熔覆材料之间发生反应，原位生成增强相。原位自生的陶瓷增强相颗粒较为细小，与基体界面结合较好，裂纹倾向减小，是近年来发展较快的金属基复合材料制备方法。

近年来，多相陶瓷耦合增强金属基复合材料，如TiB₂-TiC/Fe，TiC-SiC/Ti，TiC-NdC/Fe等已有所研究，因为单相陶瓷与复相陶瓷相比，增强金属基复合材料有限。Mo₂C熔点2690℃，具有高硬度，良好的热稳定性和机械稳定性，优异的抗腐蚀性能；MoSi₂熔点2030℃，具有优异高温抗氧化性和高温蠕变抗力，这些陶瓷增强体可以极大地提高铜材料的高温稳定性和耐磨损性能。

因此，利用激光熔覆技术原位合成法制备多相陶瓷熔覆层改善纯铜表面性能，开发合适的激光熔覆粉末与工艺就成为该技术领域急需解决的技术难题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种激光熔覆原位合成陶瓷相增强铜基熔覆层的制备方法，针对现有纯铜表面强化存在的不足：硬度、耐磨性的提高不足以满足要求，基体与熔覆层界面结合不好等，来解决纯铜表面强化问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

包括如下步骤：

S1、基体预处理

将纯铜基体工作表面，用砂纸打磨、除油、除锈、清洗，得到清洁表面，然后黑化处理；

S2、配制熔覆粉末

配制含Mo粉、SiC粉、Ni粉和Cu粉的熔覆粉末，其中，Mo和SiC的含量占熔覆粉末的10-30wt.％，Ni粉占熔覆粉末的30-40wt.％，余量为Cu粉；

按照反应5Mo+2SiC=MoSi₂+2Mo₂C进行化学计量比配比，即Mo占85.67wt.％、SiC占14.33 wt.％；