[发明专利]一种采用红外激光制造Cu基合金熔覆层的方法

说明书

本发明涉及一种采用红外激光制造Cu基合金熔覆层的方法，包括以纳米增强材料为沉积基体，先在其表面进行化学镀铜处理，接着再化学镀上高红外吸收率的金属层，以获得多层包覆型的Cu基合金粉末；以普通红外激光作为热源，将多层包覆型的Cu基合金粉末采用同轴送粉激光熔覆技术，制备获得Cu基合金熔覆层。本发明旨在提出一种可在金属构件表面采用红外激光加工制造Cu基合金熔覆层的技术方案。

技术领域

本发明涉及金属材料制备领域，尤其是涉及一种采用红外激光制造Cu基合金熔覆层的方法。

背景技术

激光熔覆技术——一种采用高能激光束进行增材制造的新型材料制备技术。是通过聚焦的高能激光束作为热源，将原先铺于金属基材表面，或实时同轴送入的金属粉末颗粒熔化，形成熔池。激光束移开后，熔池则迅速凝固，形成增材制造合金层。激光熔覆技术可以在普通基材表面制备具有特殊功能的材料：如强度更高、更硬、硬耐磨、更耐蚀、更导电等的合金层，以提高金属构件的使用寿命或达到特殊的使用需求。

Cu及其合金是使用最古老同时也是使用最为广泛的金属及合金体系之一。由于Cu及其合金具有很高的导电性，在电缆及其它导电构件中应用广泛。同时，Cu基合金在表面可以形成一层致密的钝化膜，在海洋防腐中也具有巨大的应用前景。但是，Cu合金相比Fe基、Ni基、Ti基合金来言，比强度相对较弱，限制了其大面积的应用。因此，在Fe、Ni、Ti等主要承力结构件上，沉积制备Cu及其合金的表面熔覆层，是将两类金属构件性能结合的一种优化方案，在导电、海洋防腐中都有着实现的需求。

激光熔覆技术相较其它表面涂层沉积技术，具有制备环境开放、工艺简单、同时与基体形成冶金结合，成形致密等技术特点，非常适宜用作Cu及其合金层的制备。但是，当前使用的激光热源主要是半导体激光、光纤激光、或都半导体耦合光纤型激光，其波长在900-1080nm之间，为红外激光。而Cu及其合金恰好是对该波段激光吸收率最低的材料。因此，采用普通的红外激光加工Cu及基合金的熔覆层，难度非常高，甚至在技术上根本行不通。因此，近年来在红外激光的基础上开始研发出了绿光及蓝光波段的激光，主要便面向Cu及基合金的激光熔覆制造。但是，就目前而言，绿光及蓝光激光器的成本一直居高不下，达几百万至上千万，为一般企业所不能承受，应用普及难度较大。

因此，如何采用普通的红外激光，在金属构件的表面制备Cu及其合金的熔覆层，依然在实际应用中具有较大的需求，亟需在工艺及技术上寻求突破。

发明内容

有鉴于现有技术的上述问题，本发明的目的是克服现有技术中的不足，提出一种可在金属构件表面采用红外激光加工制造Cu基合金熔覆层的技术方案。

本申请提供的一种采用红外激光制造Cu基合金熔覆层的方法，一种采用红外激光制造Cu基合金熔覆层的方法，包括以纳米增强材料为沉积基体，先在其表面进行化学镀铜处理，接着再化学镀上高红外吸收率的金属层，以获得多层包覆型的Cu基合金粉末；

以普通红外激光作为热源，将多层包覆型的Cu基合金粉末采用同轴送粉激光熔覆技术，制备获得Cu基合金熔覆层。

通过采用上述技术方案：本申请采用的是以纳米增强材料为沉淀基体，使得最终制备的粉末最终性能存在增强的效果。通过在沉淀基体的表面先镀上一层金属铜、再镀上一层高红外吸收率的金属层，以在沉淀基体表面形成双层合金。需强调的是：本申请所制备的多层包覆型的Cu基合金粉末是在激光熔覆领域进行应用的，而铜是对红外激光反射率最高的元素，因此采用铜来保护沉淀基体在激光加工过程中不受破坏。但如果红外激光都被反射了，那粉末无法熔化，也就无法实现激光熔覆的目的，因此在铜的外表面再包覆一层对激光吸收率好的金属层，以形成可应用于激光熔覆的熔覆层。其次，本申请所制备的多层包覆型的Cu基合金粉末，其流动性好，可适用于对粉末流动性要求更高的同轴送粉熔覆。本申请可在金属构件表面采用普通红外激光加工制造Cu基合金熔覆层。

进一步的，所述多层包覆型的Cu基合金粉末的制备方法包括以下步骤：