导电铜铬锆合金的制备方法

技术领域

本发明涉及导体材料领域，特别是涉及一种导电铜铬锆合金的制备方法。

背景技术

铜作为世界上储量第二大的有色金属，因其具有优异的导电性和导热性，被广泛应用于工业和军事当中。然而铜的延展性较好，强度不够高，也限制了其使用领域。

激光熔覆技术是20世纪70年代随着大功率激光器的发展而兴起的一种新的表面改性技术，目前随着科技和工业的发展，高功率激光加工设备也愈发完善，激光表面改性技术的研究也愈加深刻。其中，申请公布号为CN 106854761A的发明专利在连铸机出坯辊道(45号钢)上利用激光熔覆制备耐腐蚀涂层，申请公布号为CN108130528 A的发明专利在镍基合金表面激光熔覆。以上合金基体较铜合金而言，对激光的反射率低。但由于铜合金激光反射率高，需要大功率的激光器才能完全熔化粉末。同时，铜对传统激光器所产生的激光束的反射率超过80％，这意味着激光的能量只有少量进入铜材料，而且被反射的激光还有可能对周围造成破坏，使激光熔化粉床时间与位置的控制难度进一步加大。

发明内容

基于此，有必要针对上述提到的至少一个问题，提供一种导电铜铬锆合金的制备方法。

本发明申请提供的导电铜铬锆合金的制备方法，包括下列步骤：

切割得块状铜铬锆合金并对端面进行打磨预处理，得到合金块；

在所述合金块的端面上铺设熔覆层，所述熔覆层包括预制合金粉、粘结剂和丙酮，烘干所述熔覆层；

对所述合金块进行表面激光熔覆，得到导电铜铬锆合金。

在其中一个实施例中，所述切割得块状铜铬锆合金并对端面进行打磨预处理的步骤包括：对铜铬锆合金进行电火花线切割，所得的铜铬锆合金的合金块的尺寸为长30mm，宽30mm，厚1mm。

在其中一个实施例中，所述切割得块状铜铬锆合金并对端面进行打磨预处理的步骤包括：将切割后得到的合金块进行水磨打磨，去除端面上的氧化层，并使用丙酮超声清洗。

在其中一个实施例中，以质量百分比计，所述铜铬锆合金包括1％的铬，0.1％的锆，余量为铜。

在其中一个实施例中，所述预制合金粉包括Cu60wt.％-70wt.％和Ti30wt.％-40wt.％。

在其中一个实施例中，所述预制合金粉的粉末颗粒的粒径为25-150μm，球形度≥80％。

在其中一个实施例中，所述熔覆层的厚度为0.05-0.2mm。

在其中一个实施例中，所述对所述合金块进行表面激光熔覆的步骤中，激光光斑的直径小于或等于1mm。

本发明的实施例中提供的技术方案带来如下有益技术效果：

本发明提供的导电铜铬锆合金的制备方法通过使用激光熔覆的技术在铜铬锆合金表面熔覆一层合金层，在保证中心基体的电导率在75％IACS以上的前提下，通过表层的高强结构达到提升铜合金导体强度的作用，采用预制合金粉、粘结剂和丙酮，有效降低激光在铜铬锆合金表面上的反射率，能量利用率高，成型速率快。

本申请附加的方面和优点将在后续部分中给出，并将从后续的描述中详细得到理解，或通过对本发明的具体实施了解到。

附图说明

图1为本发明一实施例中导电铜铬锆合金的制备方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例中激光熔覆的工作状态示意图；

图3为本发明中各实施例导电铜铬锆合金的硬度对比图；

图4为本发明中各实施例导电铜铬锆合金的导电性对比图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的可能的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文已经通过附图描述的实施例。通过参考附图描述的实施例是示例性的，用于使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面，而不能解释为对本发明的限制。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本发明的特征是非必要技术的，则可能将这些技术细节予以省略。

相关领域的技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及该技术方案如何解决上述的技术问题进行详细说明。

本发明申请提供的导电铜铬锆合金的制备方法，如图1所示，包括下列步骤：

S100：切割得块状铜铬锆合金并对端面进行打磨预处理，得到合金块。对铜铬锆合金进行线切割，以及对其表面进行预处理。

S200：切在合金块的端面上铺设熔覆层，熔覆层包括预制合金粉、粘结剂和丙酮，烘干熔覆层。将预制合金粉、粘结剂与丙酮的混合溶液均匀喷涂在铜铬锆合金表面，然后烘干。粘结剂采用通用粘结剂，例如环氧树脂、纤维素等粘结剂。可选的，预制合金粉包括铜和钛，以重量百分数计，Cu为60％-70％，Ti为30％-40％。

S300：切对合金块进行表面激光熔覆，得到导电铜铬锆合金。将涂敷有熔覆层的合金块固定在工作平台上，对激光选区熔化设备成形仓进行洗气，通入足量的氩气，直到氧含量显示在1％以下。启动激光选区设备，用高速激光束对该铜铬锆合金的合金块进行表面熔覆。

本发明提供的导电铜铬锆合金的制备方法通过使用激光熔覆的技术在铜铬锆合金表面熔覆一层合金层，在保证中心基体的电导率在75％IACS以上的前提下，通过表层的高强结构达到提升铜合金导体强度的作用，采用预制合金粉、粘结剂和丙酮，有效降低激光在铜铬锆合金表面上的反射率，能量利用率高，成型速率快。

可选的，在本申请的一个实施例中，切割得块状铜铬锆合金并对端面进行打磨预处理的步骤包括：对铜铬锆合金进行电火花线切割，所得的铜铬锆合金的合金块的尺寸为长30mm，宽30mm，厚1mm。

可选的，在本申请的另一个实施例中，切割得块状铜铬锆合金并对端面进行打磨预处理的步骤包括：将切割后得到的合金块进行水磨打磨，去除端面上的氧化层，并使用丙酮超声清洗。

可选的，在本申请的又其中一个实施例中，以质量百分比计，铜铬锆合金包括1％的铬，0.1％的锆，余量为铜。铜铬锆合金为C18150合金。

在一个具体实现方式中，预制合金粉的粉末颗粒的粒径为25-150μm，球形度≥80％。

在另一个具体实现方式中，熔覆层的厚度为0.05-0.2mm。

在又一个具体实现方式中，对合金块进行表面激光熔覆的步骤中，激光光斑的直径小于或等于1mm。通过调整激光功率、搭接率、熔覆速度、送粉量、送粉气压和保护气气压等参数，改变铜铬锆合金的表面结构，进一步提高铜铬锆合金的强度。

以下是具体实施例：

实施例1～3：

具体步骤如下：

合金预处理：对铜铬锆合金进行线切割，以及表面进行预处理。

合金表面铺粉：将预制合金粉、粘结剂与丙酮的混合溶液均匀喷涂在铜铬锆合金表面，然后烘干，涂层厚度为0.05-0.2mm。

合金工件固定：将合金块固定在工作平台上。

激光选区设备洗气：对激光选区熔化设备成形仓进行洗气。

激光熔覆：启动激光选区设备，用高速激光束对铜铬锆合金工件使用自建激光设备进行表面熔覆。激光熔覆的工作姿态如图2所示。

进一步的，所用激光熔覆粉末的配方如下表1所示(质量百分数)，合金材料粉末颗粒尺寸区间为25-150μm，球形度≥80％。

表1预制合金粉的成分表

铜铬锆的合金块的预处理过程为：用水磨性砂纸打磨合金块的表面，去除表面氧化层；并用无水乙醇以及丙酮对合金块的表面进行清洁，获得表面洁净的合金块。

进一步的，熔覆合金粉末的预处理过程为：激光熔覆粉末在熔覆前需要烘干，烘干温度为80-100℃，烘干时间为1-2h。

进一步的，实施例的激光熔覆步骤中具体采用不同扫描速率的反复迭代实验来最终确定与合金成分相匹配的工艺参数，具体参数如下表2所示：

表2激光熔覆工艺参数

基于上述工艺步骤和参数设置，对实施例1-3所制得的铜铬锆合金从表层到中心进行硬度性能测试，其中本次测试采用维氏硬度，载荷为0.2kg，保荷时间为15S，结果具体如下表3和图3所示：

表3导电铜铬锆合金的硬度数据

从上表可以看出，激光高速处理的熔覆层的硬度明显高于铜铬锆基体的硬度，对于材料整体而言，强度达到提升。

基于上述工艺步骤和参数设置，对实施例1-3所制得的铜铬锆合金进行电导率性能测试，其结果见图4。

本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。