[发明专利]一种钨铜复合材料的激光增材制备方法

说明书

本发明公开了一种高速激光熔覆钨铜复合材料的制备方法，采用纯铜基体以及钨粉，通过高速激光熔覆法在铜基体表面形成钨铜覆层。激光采用多束光汇聚成平顶光模式，钨粉采用熔覆头中心同步送粉形成光包粉的空间组合，经过激光加热纯钨粉，对纯铜进行激光熔覆，纯铜基体表面的铜熔化后提供的熔融铜和钨粉形成熔池，铜基体下方安置的感应线圈产生感应磁场对熔池充分电磁搅拌，冷却后得到钨铜覆层。本发明无需加铜粉，采用单送钨粉，利用铜基体中的铜直接激光熔覆后获得钨铜覆层，简化了工艺。由于钨铜覆层中的铜是在纯铜基体上原位熔覆形成，覆层与基体是一个整体的无裂纹的冶金结合，且覆层中的钨含量可通过工艺参数调整，可满足不同工况条件所需钨铜含量变化的要求。

技术领域

本发明涉及金属制造领域，尤其涉及一种高速激光熔覆的合金覆层制备方法。

背景技术

钨铜合金是由钨与铜组成的既不互溶又不形成金属间化合物的假合金，正是这种组合使得钨铜合金同时具有钨和铜的多种优良性能。并且在高温电弧的作用下，铜蒸发会带走大量热量，冷却钨骨架，降低电子发射程度。钨铜合金开断性能良好，尤其适合作为高压、超高压开关电器的触头。对于钨铜触头材料，钨和铜的相对含量对材料的性能有着至关重要的影响。研究表明，钨铜触头材料的硬度随合金中钨含量的增加而增加，同时硬质钨相的增加有利于提高钨铜电触头材料的稳定性，降低触头材料的电弧烧损率；随钨铜触头材料中高导电和高导热相铜含量的增加，触头材料的电导率和热导率都呈上升趋势。

近年来，随着电器行业的不断发展，对触头材料各方面的要求也进一步提高：特殊物理性能要求触头材料的成分和微观结构控制更加严格，钨铜材料的传统制备方法无法满足电触头材料更高的要求。传统的制备方法包括高温液相烧结和熔渗法。高温液相烧结法的理论致密度为90-95%，为了提高其密度，在液相烧结之后需增加后续处理工序：复压、热压、热锻等，这使得工艺复杂化，同时增加了成本。熔渗法中的液相铜仅靠钨骨架孔隙的毛细管作用渗入，致密化速度慢，熔渗后的WCu 复合材料组织，钨颗粒产生合并长大，液相铜过分溢出使成分发生偏析，组织分布不均匀，且该方法工艺复杂且生产周期长，所得到的烧结品需要进行机加工去除多余的金属铜，增加了加工费用，降低了成品率。

激光熔覆这种新型的表面强化手段经过近些年的大功率激光器的发展已经逐渐成熟，在钨铜领域也有一定的应用，但是其在粉末处理工艺上仍然存在十分复杂的问题，这将极大阻碍激光熔覆工程化的应用。如CN103952697A发明中钨铜层的原料制备需要Cu粉和W粉经过湿法球磨20小时后烘干，过程太过复杂；如CN 110343925 A发明中需要采用超细晶或纳米晶钨粉末和铜粉末混合，粉末成本太高。

高速激光熔覆技术，是利用超常规、超高速的激光扫描速率，克服传统熔覆技术存在的问题。目前的发展阶段，随着光斑的变小以及光束质量的显著提高，使扫描速率达到了100m/min以上，激光熔覆效率≥1 .3m2/h，工作效率显著提高，产品表面粗糙度Ra≤10μm，形成高效率、低成本、独具特色的激光熔覆综合技术。因此，如果能将高速激光熔覆应用于钨铜的制备，能极大推动钨铜触头产业的整体发展。

发明内容

本发明拟克服现有技术的缺陷，拟在纯铜基板上直接熔覆纯钨后得到钨铜覆层，制得兼具纯铜基体高导电性与钨铜覆层高硬度高耐烧蚀性能的合金材料，且有效降低整体材料成本。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高速激光熔覆钨铜复合材料的制备方法，原材料为纯铜基体以及钨粉，通过所述高速激光熔覆法在纯铜基体表面形成钨铜覆层。具体的，激光采用至少3束光汇聚成平顶光模式，钨粉采用熔覆头中心同步送粉的方式形成光包粉的空间组合，经过激光加热纯钨粉，利用加热的钨粉将热量带到纯铜基体表面，对纯铜进行高速激光熔覆，纯铜基体表面的铜熔化后提供的熔融铜和钨粉形成熔池，铜基体下方安置的感应线圈产生感应磁场对熔池充分电磁搅拌，熔覆结束后表面层冷却后得到钨铜覆层。

所述制备更为具体的步骤包括如下。