工藝突破：銅和銅合金表面激光熔覆製備功能塗層

科技 06-27

銅和銅合金由於具備良好的導電導熱性能及機械加工性能，在機械製造、電器電子、冶金、海洋裝備等眾多領域得到廣泛應用。

隨著工業的發展，傳統的銅性能已無法滿足使用條件，尤其是在一些特殊的領域，嚴苛的服役環境對銅件的性能提出了更高要求，例如要求高強高導電性的電磁炮導軌，要求高耐磨、高耐熱性的連鑄結晶器，鋁板軋制生產線的銅軋輥等，在生產過程中，銅表面要不斷地經受高溫、高壓或強磨損，工作環境極其惡劣。提高銅合金表面性能的方法有電鍍、鑄滲、熱噴塗等，這些方法在一定程度上都存在一定缺陷，電鍍對環境造成較嚴重污染、鑄滲易產生氣孔缺陷、熱噴塗界面難以達到冶金結合，反覆熱衝擊塗層易脫落。

激光熔覆作為表面改性的一種重要手段，具有靈活性高、對工件熱影響小、塗層與基體結合強度高等優點，通過該技術可以得到組織細密、性能優良的塗層。但是，由於銅表面對激光束具有較高的反射率，所以在銅表面做激光熔覆較為困難。

利用體式顯微鏡、金相顯微鏡對激光熔覆層表面形貌特徵、塗層截面顯微組織特徵和界面結合狀態進行分析，利用能譜分析（EDS，Nano Xflash Detector 5010，Bruker）對熔覆層化學成分進行研究,利用維氏顯微硬度儀（SHIMAZDZU）對塗層顯微硬度進行表徵。

熔覆層宏觀形貌

（a）

（b）

圖2 不同工藝參數下激光熔覆層表面形貌

圖3 不同工藝參數下激光熔覆層截面形貌

熔覆層顯微組織及界面結合狀態

採用金相顯微鏡對Cu基體及激光熔覆層顯微組織進行觀察，分析發現熔覆層組織細小緻密，主要由枝晶及細小的等軸晶組成。熔覆層未見氣孔、裂紋等缺陷產生，在界面位置熔覆層組織更加細小，且在熔覆層底部出現明顯的駝峰現象。

利用能譜分析（EDS，Nano Xflash Detector 5010，Bruker）對熔覆層及Cu基體化學成分進行研究，分析發現Cu元素由基體越過界面向熔覆層表面逐步擴散，元素含量逐步降低；Ni元素由熔覆層越過界面向Cu基體擴散，此外，Cr元素由熔覆層也向Cu基體擴散。因此可見，熔覆層元素與Cu基體元素在界面位置發生元素的相互擴散，實現了界面區域良好的冶金結合。