CN101245459A - 一种在铜铝类高导热金属表面涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
一种在铜铝类高导热金属表面涂层的方法涉及一种可以在铜或铝等高导热金属表面熔覆其它金属涂层，从而获得高结合力表面改性涂层的新方法。实现上述的方法是：将待熔覆金属粉末、薄片或细丝，置于铜或铝金属本体表面，利用高峰值功率的脉冲激光束照射金属表面，将待熔覆金属和铜或铝金属本体表面同时熔化，当激光脉冲结束后待熔覆金属与铜或铝等金属本体表面形成冶金结合熔覆，每一个激光脉冲能够形成的熔覆点，多次重复上述的操作可以形成一个大面积的薄层熔覆层。在铜铝类高导热金属表面熔覆上其它金属，可以在铜铝类本体表面获得离结合力的改性涂层，使其工件具有耐磨、耐磨蚀或耐高温性能，大大提高工件的使用寿命。该方法简单易行，成本低廉，适于推广应用。
Description
一、技术领域：
本发明涉及一种可以在铜或铝等高导热金属表面熔覆其它金属涂层，从而获得高结合力表面改性涂层的新方法。
二、背景技术：
很多情况下我们要求对金属工件的表面进行改性，使金属工件表面具有与工件本体不同的特性，使工件具有耐磨、耐腐蚀或耐高温的性能。在钢材表面涂覆这样的涂层技术已经相当成熟，一般有电镀、喷涂和焊接熔覆技术等方法。但对于铜或铝这类高导热和低强度金属表面的涂层技术却相对比较困难。由于这类金属的高导热特性，以加热为基础的焊接熔覆技术很难实现，同时由于这类金属强度较低，金属颗粒很难被强度低的基体把持住。喷涂技术也难实现，因为喷涂上去的电镀技术的缺陷也是很明显的，当涂层要求有一定厚度时的涂层很难获得高强度。这类金属表面涂层技术往往是一个科学难题。
铜铝类金属表面有往往需要很好的涂层技术，例如冶金企业钢胚连铸生产线上使用的连铸结晶器，要求采用具有高导热性的纯铜，由于钢水冷却成钢胚后要从结晶器表面通过，因此对结晶器表面有磨损，但纯铜不耐磨损。目前该部件表面的涂层通过电镀的方法制备，例如典型的工作面镀镍铁合金的铬锆铜质结晶器，基体是铬锆铜板，表面镀镍铁合金，使用寿命提高。目前最新的技术是在电镀的基础上进一步通过喷涂技术将镍铬等合金涂镀在结晶器表面，使用寿命进一步提高，由于目前涂镀技术结合强度不高，容易出现“掉块”剥落，影响使用寿命和钢胚质量。
三、发明内容：
本发明的目的是提出一种可以在铜或铝等高导热金属表面熔覆一层其他金属涂层，从而获得高结合力表面改性涂层和提高表面强度的新方法。
实现上述目的方法是：将待熔覆金属粉沫、薄片或细丝，置于铜铝类金属本体表面，利用高峰值功率的脉冲激光束照射金属表面，将待熔覆金属和铜铝类金属本体表面同时熔化，当激光脉冲结束后待熔覆金属与铜铝类金属本体表面形成冶金结合熔覆，多次重复上述的操作可以形成一个大面积的薄层熔覆层。在这个熔覆薄层上重复操作，可以形成所需一定厚度的熔覆层，控制每一层的平面截面形状，所有这些截面形状的组合可以形成具有一定的立体形状的熔覆层。脉冲激光束可以是固体的YAG(掺钕钇铝石榴石激光器)脉冲激光，也可以是其他具有高输出功率的脉冲激光系统。当熔覆层有一定厚度后，采用连续激光进行后续的熔覆。每一层熔覆的金属或合金粉沫可以不同，使熔覆层的特性逐渐变化，形成过渡结构。待熔覆金属粉沫、薄片、细丝可以是单一金属，也可以是合金。方法可将任意金属粉末、薄片、细丝熔覆于高导热金属表面。可以用大于或等于脉冲激光束能量的连续激光束进行照射，也进行同样工艺的熔覆。
在铜铝类高导热金属表面熔覆上其它金属，可以在铜铝类本体表面获得离结合力的改性涂层，使其工件具有耐磨、耐磨蚀或耐高温性能，大大提高工件的使用寿命。该方法简单易行，工作稳定，成本低廉，适于推广应用。
四、具体实施方式：
将待熔覆金属粉末(可以是单一金属或合金)、薄片或细丝，置于铜或铝等金属本体表面，利用高峰值功率的脉冲激光束照射金属表面，将待熔覆金属和铜或铝等金属本体表面同时熔化，当激光脉冲结束后待熔覆金属与铜或铝等金属本体表面形成冶金结合熔覆。
每一个激光脉冲能够形成的熔覆点很小也很薄，将工件置于一个能够水平运动的工作台上。当完成一个熔覆点后工作台水平运动一个很小的距离，重复上述的熔覆操作就可以形成一个大面积的薄层熔覆层。熔覆层完成后，再置一层待熔覆金属在前一层熔覆层上，同时工件向下运动一个薄层的距离，在这个熔覆薄层上重复熔覆操作，可以形成第二层熔覆层，重复操作就可以最终熔覆出所需一定厚度的熔覆层。
控制每一层的平面截面形状，所有这些截面形状的组合可以形成具有一定的立体形状的熔覆层。
熔覆时也可以不是工件运动，而是激光束运动，只要工件和激光束之间实现相互运动就能够实现大面积熔覆。
脉冲激光束可以是固体的YAG(掺钕钇铝石榴石激光器)脉冲激光，也可以是其他具有高输出功率的脉冲激光系统，例如CO2激光器、氩离子激光器、自由电子激光器等。
典型的激光器可以使用固体YAG(掺钕钇铝石榴石激光器)激光。典型的激光平均功率可以是几十-几百瓦，典型的激光脉冲是毫秒量级，这样典型的激光峰值功率是几千到几十千瓦。当然采用更高的激光功率有助于提高熔覆速度。
只要适当控制激光脉冲能量和脉宽，本方法可将任意金属粉沫、薄片、细丝熔覆于高导热金属表面。
Claims (8)
1. 一种在铜铝类高导热金属表面涂层的方法，基本特征在于：将待熔覆金属粉末、薄片和细丝置于铜铝类金属本体表面，利用高峰值功率的脉冲激光束照射金属表面，待熔覆金属和铜铝类金属本体表面同时熔化，当激光脉冲结束后待熔覆金属与铜铝类别金属本体表面形成冶金结合熔覆，多次重复上述的操作可以形成一个大面积的薄层熔覆层。
2. 根据权利要求1所述一种在铜铝类高导热金属表面涂层的方法，其特征在于：在前一个熔覆薄层上重复操作，可以形成新的熔覆层，直至所需一定厚度的熔覆层，控制每一层的平面截面形状，所有这些截面形状的组合可以形成具有一定的立体形状的熔覆层。
3. 根据权利要求1所述一种在铜铝类高导热金属表面涂层的方法，其特征在于：脉冲激光束可以是固体的YAG脉冲激光，也可以是其他具有高输出功率的脉冲激光系统。
4. 根据权利要求1所述一种在铜铝类高导热金属表面涂层的方法，其特征在于：当熔覆层有一定厚度后，采用连续激光进行后续的熔覆。
5. 根据权利要求1所述一种在铜铝类高导热金属表面涂层的方法，其特征在于：每一层熔覆的金属或合金粉末可以不同，使熔覆层的特性逐渐变化，形成过渡结构。
6. 根据权利要求1所述一种在铜铝类高导热金属表面涂层的方法，其特征在于：待熔覆金属粉末、薄片、细丝可以是单一金属，也可以是合金。
7. 根据权利要求1所述一种在铜铝类高导热金属表面涂层的方法，其特征在于：本方法可将任意金属粉末、薄片、细丝熔覆于高导热金属表面。
8. 根据权利要求1所述一种在铜铝类高导热金属表面涂层的方法，其特征在于：可以用大于或等于脉冲激光束能量的连续激光束进行照射，也进行同样工艺的熔覆。
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2007
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