[发明专利]一种铜材料表面高硬导电覆层的激光增材制造方法

说明书

本发明公开了一种铜材料表面高硬导电覆层的激光增材制造方法，其中高硬导电覆层为Cu/Fe/TiB₂复合覆层，采用激光熔覆装置、通过高速激光熔覆法，制得Cu/Fe/TiB₂复合覆层。本发明探索了通过高速激光熔覆制备方法、通过制备过程中各种工艺参数的设计，比如Fe基覆层制备采用正离焦激光、TiB₂采用负离焦激光等工艺，而最后实现了具有特定成分、结构分布、具有高硬度高导电性的Cu/Fe/TiB₂复合覆层。

技术领域

本发明具体涉及一种在铜及铜合金表面高速激光熔覆TiB₂基覆层的方法。

背景技术

铜及铜合金具有高导电性和高导热性，因而被广泛应用于机械制造、电气电子、航空航天、海洋工业、汽车工业和军事工业等，是国民经济和科技发展的重要基础材料，但是铜的硬度低、耐磨性较差、软化温度低、不耐电弧烧蚀等问题突出，很大程度影响了其应用范围，制约了铜及铜合金在结晶器、引线框架、电磁导轨、电触头等领域的发展。

TiB₂涂层具有高硬度且其抗压强度可与WC涂层的相媲美，而且即使当温度高于1200 ℃后，其硬度及抗压强度仍然很高。由于具有优良的导电、导热性，且不与铝液发生反应等特点，可用作铝电解槽的阴极或阴极涂层，并可制备大电流电极、导轨、电枢等。此外，TiB₂涂层具有良好的导电性能和稳定的化学性能，可用来制备活泼金属的防杂质扩散层。因此TiB₂往往作为晶粒细化及颗粒强化添加剂，掺入铝基、铜基钛铝合金以及铁基材料中，能极大程度上改善材质的机械力学及理化特性。这种晶粒细化及颗粒强化效应将随着TiB₂粉末的纯度和细度的增加而提高。

然而由于Cu与TiB₂湿润性极差，TiB₂极易在Cu中产生偏聚、开裂、脱落等现象，涂层存在大量孔洞、裂纹等缺陷，导致TiB₂难以直接在Cu表面实现有效结合。且较多的方法采用碳热还原法等混合反应的方式制备TiB₂涂层，孔隙率高、均匀性差、TiB₂颗粒粗大差且容易开裂。目前本领域尚无在铜或铜合金表面用TiB₂作为增强涂层的技术和产品，存在着巨大的技术空白。

发明内容

为了解决在铜或铜合金表面难以制备TiB₂覆层的技术难题，本发明基于多层结构设计理念，引入Fe作为中间过渡层，提出了一种先在铜及铜合金基体表面高速激光熔覆Fe，再在其表面高速激光熔覆TiB₂，以获得铜及铜合金表面的高硬导电TiB₂复合覆层的方法。