本發(fā)明屬于材料表面工程領(lǐng)域，特別涉及一種激光熔覆銅表面復(fù)合涂層及其制備方法。
背景技術(shù)：
：激光熔覆技術(shù)是通過在基材的表面添加熔覆材料，利用高能密度激光束使之與基材表面薄層一起熔凝，與基體形成冶金結(jié)合的熔覆涂層的一種新型表面改性技術(shù)。它通過采用“涂層+基體”模式，在低成本基體上制備耐磨、耐蝕、耐高溫、抗氧化、隔熱、絕緣、熱輻射、抗輻射、導(dǎo)電和生物功能等多種特性的表面強(qiáng)化層，既可形成幾微米至幾毫米厚且比較均勻的強(qiáng)化涂層，又可使強(qiáng)化涂層與被強(qiáng)化材料之間實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，可以有針對(duì)性地提高材料的相關(guān)表面性能，是一種應(yīng)用前景廣闊的有效強(qiáng)化手段。與常規(guī)熱處理相比，激光熔覆能夠進(jìn)行局部處理，而且具有工件變形小、冷卻速度快、工作效率高、合金元素消耗少、不需要淬火介質(zhì)、清潔無污染、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的發(fā)展前景。目前電力行業(yè)使用的導(dǎo)電材料或是散熱材料為純銅，但是純銅比較軟，在使用時(shí)會(huì)在其表面涂覆一層耐磨的涂覆層，但是現(xiàn)有技術(shù)中的純銅材料在高溫條件下涂覆層的硬度不高，耐磨性差，影響其使用壽命。純銅表面熱噴涂制備的涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度不高，存在較多孔隙，工藝較難控制，工藝成本較高，而且污染較嚴(yán)重；采用冷噴涂制備的涂層與基體為機(jī)械結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度較低，工藝較復(fù)雜等；而采用熱化學(xué)反應(yīng)法制備的涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度不高，涂層不夠致密等。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種激光熔覆銅表面復(fù)合涂層，是在純銅的表面制備三元金屬硅化物MoNiSi、二元金屬硅化物Ni2Si涂層，顯著提高了零件的高溫耐磨性，延長了其使用壽命。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述激光熔覆銅表面復(fù)合涂層的制備方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種激光熔覆銅表面復(fù)合涂層，其特征在于：在純銅基體表面復(fù)合有熔覆層，該熔覆層材料的復(fù)合相為三元金屬硅化物MoNiSi和二元金屬硅化物Ni2Si組成，該熔覆層材料的化學(xué)成分Si為20-40at％，Mo為20-40at％，余量為Ni。所述熔覆層厚度為0.8-1.6mm。上述激光熔覆銅表面復(fù)合涂層的制備方法，其步驟包括，(1)將粒徑為100-300目的Si、Mo及Ni三種單元素粉末球磨混合1-3小時(shí)，形成復(fù)合粉末；然后用二丙酮醇將粉末調(diào)至粘糊狀；(2)將步驟(1)中的粘糊狀粉磨均勻預(yù)置在基體表面，自然風(fēng)干，然后在150-200℃條件下干燥2-3小時(shí)，形成厚度為0.8-1.6mm的涂覆層；(3)采用激光熔覆技術(shù)，激光束垂直于步驟(2)中的基體表面掃描，掃描過程中側(cè)向吹送惰性氣體保護(hù)，氣流量為15-25L/min，激光功率為2500-3500W，掃描速度為600-1000mm/min，離焦量為25-65mm。優(yōu)選的，該惰性氣體為氬氣。所述步驟(1)中，Si、Mo及Ni三種單元素粉末的配比為，Mo為20-26at％，Si為34-40at％，Ni為33-40at％。進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟(1)中，Si、Mo及Ni三種單元素粉末的配比為，Mo為20at％，Si為40at％，Ni為40at％。Mo、Si元素的添加使得涂層具有較高的硬度，添加一定的Ni元素可以使之與Mo、Si形成韌性相，改善涂層的組織。所述步驟(2)中，干燥后的純銅基體表面的涂覆層的厚度為0.8-1.6mm。涂覆層的厚度決定了形成涂層質(zhì)量。二丙酮醇為有機(jī)粘結(jié)劑，在激光加工過程中要燃燒，汽化。若涂覆層太厚容易引起熔覆層氣孔、裂紋等缺陷；涂覆層太薄制備的熔覆層可能因?yàn)樘《鵁o實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：(1)通過本制備方法得到的基體表面的復(fù)合涂層組織細(xì)小均勻，無明顯的氣孔和裂紋，與基體材料之間完全冶金結(jié)合，熔覆層厚度達(dá)到0.8-1.6mm，其與金屬基體表面的粘結(jié)力強(qiáng)，不易脫落。(2)本發(fā)明制備的復(fù)合涂層材料具有較高的硬度，其硬度達(dá)到1284HV，耐磨性比不銹鋼基體提高了2倍，熔覆層組織主要由三元金屬硅化物MoNiSi和二元金屬硅化物Ni2Si及Cu基固溶體組成，實(shí)現(xiàn)零件的表面改性或修復(fù)。(3)本制備方法簡單、工藝可控度高。附圖說明圖1為實(shí)施例1中的制得的復(fù)合涂層的形貌圖。圖2為實(shí)施例1中的制得的復(fù)合涂層的SEM圖。圖3為實(shí)施例1中的制得的復(fù)合涂層組織的SEM圖。圖4為實(shí)施例1和實(shí)施例2中的復(fù)合涂層及不銹鋼的摩擦系數(shù)曲線對(duì)比圖。圖5為實(shí)施例1的復(fù)合涂層的XRD圖。圖6為實(shí)施例2中的制得的復(fù)合涂層組織的SEM圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：實(shí)施例1(1)、將Si、Mo和Ni三種粒徑為200目的單元素粉末，三種粉末的純度均大于或等于99.5％。按照原子個(gè)數(shù)百分比計(jì)為：40％Si、20％Mo、40％Ni的比例稱取，然后在球磨機(jī)中進(jìn)行粉末混合1.5小時(shí)，得到均勻的混合粉體；(2)、將純銅基體，尺寸為：50mm×50mm×8mm，表面進(jìn)行清理、打磨，并擦凈，吹干、備用；(3)、稱取步驟(1)中的混合粉體15g，加入適量的二丙酮醇溶液，將粉末調(diào)至粘稠狀，預(yù)置在步驟(2)中的基體表面形成涂覆層并自然風(fēng)干，在干燥箱內(nèi)烘干2小時(shí)，干燥溫度為190℃，其涂覆層的厚度為1.5mm。(4)、采用激光熔覆技術(shù)，將激光束對(duì)步驟(3)中的基體表面進(jìn)行處理，制備得到復(fù)合涂層材料，工藝參數(shù)為：激光束垂直于工件表面掃描，過程中側(cè)向吹送氬氣保護(hù)，氣流量為20L/min，激光功率為3500W，掃描速度為600mm/min，離焦量為40mm。熔覆層組織細(xì)小均勻，無明顯的氣孔和裂紋，與基體結(jié)合良好，如圖1所示。圖2和圖3為復(fù)合涂層的SEM圖，結(jié)合圖5中XRD分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)涂層主要由枝晶狀的三元金屬硅化物MoNiSi和二元金屬硅化物Ni2Si及銅基固溶體組成。本實(shí)施例的復(fù)合涂層的EDS分析圖下表所示，其結(jié)果如下表所示：表1：圖2組織的EDS分析結(jié)果表ElementWt％At％SiK22.1738.26MoL3.271.65NiK51.4842.49CuK23.0817.6MatrixCorrectionZAF表2：圖3組織的EDS分析結(jié)果表ElementWt％At％SiK16.1334.4MoL50.0731.26NiK31.8632.51CuK1.941.83MatrixCorrectionZAF對(duì)所制備的復(fù)合涂層材料進(jìn)行摩擦磨損測試，試驗(yàn)的條件和參數(shù)為：電機(jī)頻率為15Hz，載荷為30N，摩擦半徑4mm，摩擦?xí)r間為60min。摩擦系數(shù)曲線如圖4所示。本實(shí)施案例熔覆層組織細(xì)小均勻，無明顯的氣孔和裂紋，與基體形成良好的冶金結(jié)合。三元金屬硅化物MoNiSi在保持單相二元金屬硅化物固有的高強(qiáng)度、高硬度和很強(qiáng)的原子間結(jié)合力的同時(shí),具有更好的韌性。涂層具有較高的硬度，摩擦系數(shù)是不銹鋼的2倍，具有很好的耐摩擦磨損性能。實(shí)施例2(1)、將Si、W和Ni三種粒徑為150目的單元素粉末，三種粉末的純度均大于或等于99.5％。按照原子個(gè)數(shù)百分比計(jì)為：30％Si、30％Mo、40％Ni的比例稱取，然后在球磨機(jī)中進(jìn)行粉末混合1小時(shí)，得到均勻的混合粉體；(2)、將純銅基體表面進(jìn)行清理、打磨，并擦凈，吹干、備用；(3)、稱取步驟(1)中的混合粉體15g，加入適量的二丙酮醇溶液，將粉末調(diào)至粘稠狀，預(yù)置在步驟(2)中的基體表面形成涂覆層并自然風(fēng)干，在干燥箱內(nèi)烘干1.5小時(shí)，干燥溫度為150℃，其涂覆層的厚度為1.2mm。(4)、采用激光熔覆技術(shù)，將激光束對(duì)步驟(3)中的基體表面進(jìn)行處理，制備得到耐磨激光熔覆層材料，工藝參數(shù)為：激光束垂直于工件表面掃描，過程中側(cè)向吹送氬氣保護(hù)，氣流量為20L/min，激光功率為3500W，掃描速度為800mm/min，離焦量為35mm。圖2為本實(shí)施例的復(fù)合涂層的SEM圖，表3為復(fù)合涂層的EDS分析結(jié)果如下表所示：表3：EDS分析結(jié)果表ElementWt％At％SiK12.5327.95MoL50.8433.2NiK33.7335.99CuK2.92.86MatrixCorrectionZAF對(duì)所制備的耐磨激光熔覆層材料進(jìn)行摩擦磨損測試，試驗(yàn)的條件和參數(shù)為：電機(jī)頻率為15Hz，載荷為30N，摩擦半徑4mm，摩擦?xí)r間為60min。摩擦系數(shù)曲線如圖4所示。綜上所述，本實(shí)施例制備的復(fù)合涂層材料具有非常高硬度、優(yōu)異的高溫耐磨性，對(duì)于純銅材料的表面改性效果極為顯著。以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3