[发明专利]铜基材上激光熔覆银层的方法及其在水电机组大电流铜母线修复中的应用

说明书

本发明提供了一种铜基材上激光熔覆银层的方法及其在水电机组大电流铜母线修复中的应用，具体步骤为：S1、熔覆前预处理：打磨去除铜基材表面杂质及氧化层，清理干净并干燥；S2、激光熔覆：采用蓝光激光熔覆设备，以银铜合金粉末作为粉材，通过同轴送粉的方式在对铜基材进行激光熔覆银层，其中激光功率为1100W‑1350W，激光熔覆头扫描速度6mm/s‑10mm/s，搭接率45%‑65%；S3、打磨铜基材表面熔覆银层，使其符合相关要求。采用本发明提供的方法，能够在铜母线表面熔覆高反射性，高导热性银合金涂层，且铜母线与表面熔覆银层能够实现冶金结合，结合强度高；本发明可以实现单层熔覆银层厚度0.1mm‑0.4mm，也可以根据需要进行多层熔覆。

技术领域

本发明属于激光熔覆技术领域，具体涉及一种铜基材上激光熔覆银层的方法及其在水电机组大电流铜母线修复中的应用。

背景技术

水电机组的铜母线作为电气连接重要部件，承担大电流导通作用。为了提高导电效率，通常在铜母线接头表面镀有银层。铜母线表面的银层受镀银工艺及相关标准影响，银层厚度较薄，且经过长期运行后，铜母线表面镀银层因结合力较差会出现镀银层脱落的银层失效现象。

目前，激光熔覆技术是随着大功率激光器的发展而兴起的一种新的激光增材制造技术，同时，激光熔覆技术具有的技术优势较为突出，基材与表面覆材为冶金结合，结合强度相对较高，组织致密孔隙很少，稀释率也因此较低，并且熔覆涂层厚度可控等，这些优点也契合铜母线表面银层的需求。

但目前普遍使用的激光光源为红外激光光源(波长1000nm左右)，并不适用与铜母线表面熔覆银层，因为铜和银为高反射金属在红外激光波段吸收率很低，其中铜在红外波段吸收率仅为5％左右，银对红外波段激光吸收率甚至更低，基于铜良好的导热性能，使用红外激光光源的激光熔覆手段在铜表面加工飞溅极大，熔覆涂层气孔、夹杂多，熔覆涂层质量较差，甚至有稳定成型的困难。

发明内容

本发明提供一种铜基材上激光熔覆银层的方法及其在水电机组大电流铜母线修复中的应用，该方法提高基材和粉材对激光的吸收率，熔覆层无气孔夹杂缺陷。

本发明的技术方案是，一种铜基材上激光熔覆银层的方法，具体步骤为：

S1、熔覆前预处理：打磨去除铜基材表面杂质及氧化层，清理干净并干燥；

S2、激光熔覆：采用蓝光激光熔覆设备，以银铜合金粉末作为粉材，通过同轴送粉的方式在对铜基材进行激光熔覆银层，其中激光功率为1100W-1350W，激光熔覆头扫描速度6mm/s-10mm/s，搭接率45％-65％；

S3、打磨铜基材表面熔覆银层，使其符合水电机组相关要求。

进一步地，所述铜基材为T2紫铜，铜含量(wt％)≥99.9，其它杂质(wt％)≤0.1。

进一步地，S2中银铜合金粉末按质量分数及计，Cu：20～30％，Ni：8～15％，Si：0.5～2％，其余为银及不可避免的杂质。

进一步地，银铜合金粉末粒径为75μm-150μm，使用前进行烘干。

进一步地，S2中蓝光激光熔覆设备的蓝光激光波长为450nm-480nm。

进一步地，S2中激光熔覆时光斑为圆形光斑，直径为1.5mm-1.8mm。

进一步地，S2中同轴送粉方式采用环形送粉嘴，送粉嘴与圆形光斑同轴。

进一步地，S2中激光熔覆时送粉气流量为10-15L/min；送粉量为4g/min-8g/min；保护气流量为10-15L/min；送粉气和保护气均为惰性气体，包括但不仅限于氮气、氩气或氦气。

进一步地，S3中铜基材表面银层打磨后厚度要求大于0.1mm，表面粗糙度小于Ra0.8。