專利名稱：：一種古青銅編鐘修復(fù)的專用合金粉末的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種合金粉末，具體說(shuō)主要是用于激光焊接修復(fù)青銅器件的合金粉末。
背景技術(shù)：
：我國(guó)是文明古國(guó)，早在3000多年前就掌握了青銅器件的鑄造技術(shù)，每年有大量的古青銅器件出土。由于這些青銅器在地下埋藏的時(shí)間太長(zhǎng)，不僅導(dǎo)致銹蝕等典型缺陷，許多情況下甚至發(fā)生斷裂。由于文物受到嚴(yán)重破壞，使其考古價(jià)值、科學(xué)研究?jī)r(jià)值都受到很大的影響。以最近從湖北省隨州市九連墩古墓出土的編鐘為例，由于在地下埋藏的年代久遠(yuǎn)，加上盜墓等行為的影響，該套出土的編鐘共34枚中，有6枚受到嚴(yán)重?fù)p傷，其中一枚甚至成為碎片。目前為止，國(guó)內(nèi)青銅文物包括編鐘的修復(fù)主要采用兩種粘接和釬焊兩種工藝，它們都是通過(guò)采用與基體材料不一樣的中間材料實(shí)現(xiàn)殘損部件和缺損部位的簡(jiǎn)單連接，存在接頭強(qiáng)度較低、與基材本身物理、化學(xué)性能相差較大等缺點(diǎn)。對(duì)變形程度較大或需要一定強(qiáng)度的古青銅編鐘而言，使用該技術(shù)雖然可以在外觀上使得編鐘尺寸復(fù)原，但是由于接頭強(qiáng)度降低，不足以支撐編鐘的自重，因此往往只能將編鐘擺放在桌面上，而不能懸掛在鐘架上。尤其是編鐘是具有發(fā)聲功能的樂(lè)器，因?yàn)檫B接材料和基體材料之間存在巨大的物理性能和化學(xué)性能差異，嚴(yán)重影響了聲波在編鐘敲擊時(shí)的振動(dòng)特性，因此上述兩種工藝方法無(wú)法恢復(fù)編鐘的發(fā)聲功能。換句話說(shuō)，釬焊和粘結(jié)技術(shù)只能夠做到恢復(fù)編鐘的外觀尺寸即"形似"，而不能恢復(fù)編鐘的樂(lè)鐘特征，即不能做到"音似"，因此所修復(fù)的編鐘在文物價(jià)值和科學(xué)意義上都大打折扣。激光焊接是近三十年來(lái)發(fā)展十分迅速的新型連接技術(shù)，它具有焊縫窄、焊接強(qiáng)度高、焊接速度快、焊縫金屬與基材金屬為冶金結(jié)合、熱影響區(qū)小、工件變形小等特點(diǎn)，如果能夠?qū)⑵鋺?yīng)用在古青銅編鐘的修復(fù)領(lǐng)域，可望實(shí)現(xiàn)編鐘破損部位之間的高強(qiáng)度連接，且由于焊縫成分與基材的接近，有望使得焊縫金屬與基材金屬之間的物理性能和化學(xué)性能實(shí)現(xiàn)變化甚小，從而在恢復(fù)編鐘外觀尺寸的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)其聲音的復(fù)原。目前，激光焊接修復(fù)青銅文物才剛剛起步，國(guó)內(nèi)只有西安文物保護(hù)修復(fù)中心曾經(jīng)采用激光焊接技術(shù)對(duì)青銅劍和青銅鏡等薄壁件(3mm)進(jìn)行了修復(fù)(公開(kāi)號(hào)為CN1431078，公開(kāi)日為2003年07月23日)。由于所焊物件為薄壁件且焊接縫隙較窄，且不存在要求青銅劍和青銅鏡恢復(fù)聲音的問(wèn)題，激光焊接過(guò)程沒(méi)有采用外加填充材料。而對(duì)大多數(shù)古青銅編鐘來(lái)講，因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的自然腐蝕和出土過(guò)程中操作不慎，待修復(fù)部位大多存在較大的焊接縫隙，局部甚至有明顯的缺塊現(xiàn)象，且編鐘的壁厚也大都高于lmm(—般在3—10mm范圍)。顯然，依靠單純的激光焊接難以實(shí)現(xiàn)修復(fù)部位的完整修復(fù)，必須外加填充材料，才能使得待焊部位彌合成為一個(gè)整體。我國(guó)古代各個(gè)不同歷史時(shí)期的古青銅編鐘材料主要為Cu-Sn-Pb合金，其中，加入Sn的目的是提高青銅的硬度和光澤，加入Pb的目的是提高青銅的鑄造性能。由于激光焊接的主要目的在于使編鐘的外觀尺寸和聲音同時(shí)復(fù)原，因此填充材料的成分不僅要保證所修復(fù)編鐘有足夠的強(qiáng)度，而且要保證焊縫金屬的物理、化學(xué)性能特別是彈性模量、熱膨脹系數(shù)等參數(shù)與基材盡量接近。另一方面，由于激光焊接過(guò)程中，Cu-Sn-Pb填充材料中各個(gè)組員的燒損程度存在一定的差異，因此在配制填充材料(合金粉末)時(shí)，必須考慮到激光焊接時(shí)元素?zé)龘p對(duì)合金成分的影響。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種古青銅編鐘修復(fù)的專用合金粉末，該專用合金粉末能夠用于古青銅編鐘激光焊接修復(fù)，焊接接頭強(qiáng)度高，冶金缺陷少，便于實(shí)現(xiàn)編鐘的外形和聲音同時(shí)復(fù)原。本發(fā)明提供的古青銅編鐘修復(fù)的專用合金粉末，其組分及重量百分比為Cu65-95%;Snl-30%;Pb0.5~10%。本發(fā)明通過(guò)合金粉末成分的合理化設(shè)計(jì)，可以使得在激光悍接過(guò)程中，通過(guò)控制鉛、錫元素的燒損含量，使得焊縫金屬成分與古編鐘的基材的成分盡量接近，從而使得焊縫與基材之間的物理性能差異盡量減少，最終實(shí)現(xiàn)激光焊接修復(fù)古青銅編鐘的音形同時(shí)恢復(fù)。本發(fā)明對(duì)我國(guó)的古青銅文物修復(fù)和文物保護(hù)具有重要價(jià)值。具體而言，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)能夠獲得少、無(wú)裂紋和氣孔缺陷，強(qiáng)度高的焊縫，在合適的焊接夾具、焊接工藝參數(shù)、矯形工藝條件下，實(shí)現(xiàn)編鐘的形貌恢復(fù)。(2)焊縫和基材物理化學(xué)特性匹配良好，能實(shí)現(xiàn)編鐘發(fā)聲特性的恢復(fù)。(3)使用范圍廣，不僅能夠用于有顯著掉塊等缺陷編鐘的激光焊接修復(fù)，而且可以用于其他青銅器的激光焊接修復(fù)。具體實(shí)施方式本發(fā)明提供的是一種焊縫物理、化學(xué)性能和基材比較接近的青銅合金粉末。采用該合金粉末，配合以適當(dāng)?shù)募す夂附庸に噮?shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)編鐘的外形和聲音同時(shí)復(fù)原。該合金粉末的組分與重量百分比范圍為Cu65-95wt%;Snl-30wt%;Pb0.5~10wt%。針對(duì)待修復(fù)編鐘基體材5料的成分，通過(guò)調(diào)整粉末合金成分主要是其中的Pb、Sn含量，來(lái)實(shí)現(xiàn)激光焊接接頭的高質(zhì)量連接，使基體和焊縫在微觀組織及物理化學(xué)特性上保持一致性，最終恢復(fù)編鐘形貌和發(fā)聲特性。下面通過(guò)幾個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，但本發(fā)明并不僅限于所述實(shí)施例的內(nèi)容。實(shí)施例1:所采用的合金粉末成為Cu73wt°/。；Sn20wt%;Pb7wt%。九連墩出土編鐘1，壁厚3—10mm。編鐘材料成分為Cu78.5%wt;Snl7.6wt%;Pb4.9wt%。激光焊接工藝參數(shù)為激光功率3.5kW，焊接速度1000mm/min，焦距286mm，負(fù)離焦0.5mm，送粉速度6g/min。激光焊接之后，上述參數(shù)可以較好地通過(guò)控制合金粉末中Pb、Sn元素的燒損，使得焊縫金屬的最終成分與基材接近，不僅可以獲得成型美觀的焊縫，而且通過(guò)矯形之后，編鐘形貌及雙音特性得到恢復(fù)，獲得了較為滿意的效果。實(shí)施例2:采用的合金粉末為Cu68%;Sn20%;Pbl2.0%。九連墩出土編鐘2，壁厚3—10mm。編鐘材料成分為Cu78.5%wt;Snl7.6wt%;Pb4.9wt%。激光焊接工藝參數(shù)為激光功率3.5kW，焊接速度600mm/min，焦距286mm，負(fù)離焦0.5mm，送粉速度8g/min。焊接完成后，編鐘形貌及雙音特性得到恢復(fù)，焊縫成形美觀。下面以列表方式舉例說(shuō)明各實(shí)施例的組分及重量百分比<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例3-6在激光焊接工藝參數(shù)為激光功率3.5kW，焊接速度600mm/min，焦距286mm,負(fù)離焦0.5mm，送粉速度8g/min的情況下，均能夠?qū)崿F(xiàn)編鐘形貌及雙音特性的恢復(fù)，形成成形美觀的焊縫。權(quán)利要求1.一種古青銅編鐘修復(fù)用合金粉末，其組分及重量百分比為Cu65-95％；Sn1-30％；Pb0.5～10％。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種古青銅編鐘修復(fù)的專用合金粉末，其組分及重量百分比為Cu65-95％；Sn1-30％；Pb0.5～10％。本發(fā)明通過(guò)合金粉末成分的合理化設(shè)計(jì)，可以使得在激光焊接過(guò)程中，通過(guò)控制鉛、錫元素的燒損含量，使得焊縫金屬成分與古編鐘的基材的成分盡量接近，從而使得焊縫與基材之間的物理性能差異盡量減少，最終實(shí)現(xiàn)激光焊接修復(fù)古青銅編鐘的音形同時(shí)恢復(fù)。本發(fā)明對(duì)我國(guó)的古青銅文物修復(fù)和文物保護(hù)具有重要價(jià)值。文檔編號(hào)C23C24/00GK101260522SQ20081004742公開(kāi)日2008年9月10日申請(qǐng)日期2008年4月22日優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日發(fā)明者曾曉雁,李祥友,胡乾午,明高申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)