[01400014]一种用于铁基合金表面激光熔覆的铜基涂层及其制备方法

1.课题来源与背景 课题来源于国家自然科学基金研究项目。铜具有优良的导电性和导热率,钢铁表面激光熔覆铜基涂层制备铁铜双层金属不仅可使其具有特殊的电学等功能特性,而且铁基体可赋予材料整体较高的强度和韧性。但是,铜和铁热物理性质差异较大,特别是两者之间润湿性极差,导致激光熔覆铜涂层难以与铁基体形成有效的结合。本发明提出一种实现外加纳米氧化物在激光熔覆纯铜涂层中弥散分布的方法,并且所添加的少量纳米氧化物可显著提高铜涂层熔覆质量、细化涂层组织、提高涂层性能。 2.技术原理与性能指标 技术原理：研究发现添加的少量纳米氧化物可显著提高激光熔覆纯铜涂层的熔覆质量和性能,涂层具有良好的连续性、表面质量和与铁基体的粘结性。分析认为,这一方面是由于纳米粒子高表面效应可提高涂层与铁基体的润湿性,另一方面纳米粒子在涂层凝固过程中可起到异质形核的作用,有利于凝固相在铁基体界面处的形核和生长。同时,纳米粒子的异质形核和晶界钉扎作用有利于细化铜基涂层组织,显著提高纯铜合金的硬度,而对导电率的影响较少。 性能指标： 采用本专利方法,通过添加的少量纳米氧化物可显著提高激光熔覆纯铜涂层的熔覆质量和性能,涂层具有良好的连续性、表面质量和与铁基体的粘结性。同时,与纯铜涂层相比,导电率可达到纯铜涂层的90%,显微硬度提高20%。 3. 技术的创造性与先进性 铜和铁热物理性质差异较大,特别是两者之间润湿性极差,导致激光熔覆铜涂层难以与铁基体形成有效的结合,以往解决的办法一般在熔覆用铜基粉末中添加焊剂以提高润湿性,但焊剂的添加会严重改变涂层的成分和性能。因此,生产上亟待提出一种简单易行的方法,提高铁基表面激光熔覆铜涂层熔覆质量及与铁基体的结合性能。 本发明通过纯铜粉末中添加质量分数0.4~2%的纳米氧化物,发现激光快速凝固有利于提高凝固界面前沿对外加颗粒的吞并作用,实现纳米粒子在铜涂层中的均匀分布。同时,纳米氧化物的高表面效应和异质形核作用可细化涂层界面处凝固组织10倍以上,显著提高涂层熔覆质量、硬度,且对导电率影响较小。具有较好的技术先进性。 4. 技术的成熟程度,适用范围和安全性 本技术具有较高的成熟度和安全性,适用于工业上铁基材料表面进行高性能铜基合金改性技术领域。 5. 应用情况及存在的问题 本技术已完成实验室阶段研究,正在寻求初期的中试应用。 6. 历年获奖情况 暂无。