CN106048605A - 一种激光与感应复合熔覆Cu‑Fe‑Si软磁高导铜基复合材料 - Google Patents

一种激光与感应复合熔覆Cu‑Fe‑Si软磁高导铜基复合材料 Download PDF

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Abstract

一种激光与感应复合熔覆Cu‑Fe‑Si软磁高导铜基复合材料，该复合材料的特点为：将粒径为20~50μm的专用铜基合金粉末作为熔覆材料，采用激光－感应复合熔覆的方法在基材表面制备软磁高导铜基复合材料，其中专用铜基合金粉末的化学成分为：Cu 56.5 wt.%，Fe 28.5 wt.%，B 5.0 wt.%，Si 9.2%与Y2O3 0.8 wt.%；铜基复合材料的显微结构为：粒径约为15μm的非晶球状Fe‑Si‑B颗粒均匀镶嵌于面心立方ε‑Cu基体内；获得的最大饱和磁化强度为100emu/g，电导率为70%IACS。采用该方法制备的软磁高导铜基复合材料在软磁材料的热释放与铁磁液体等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种激光与感应复合熔覆Cu-Fe-Si软磁高导铜基复合材料
技术领域
本发明涉及一种激光与感应复合熔覆Cu-Fe-Si软磁高导铜基复合材料，属于复合材料技术领域。
背景技术
偏晶合金又称难混溶合金，具有许多优异的物理和化学性能，可做高性能电极、良好热导性的电接触材料。偏晶合金一个十分明显的标志是二元相图中存在一个弓形液相不混溶区，当凝固通过该区域时，密度不同的两个液相将迅速分离，最终形成严重宏观偏析或组元分层的凝固组织。因此，采用常规的凝固技术很难得到具有均匀弥散相结构的偏晶合金，极大地限制了偏晶合金的大规模制备及应用领域。
基于此，为了制备组织均匀的偏晶合金，研究者提出了许多方法：太空条件下的微重力法，地面条件下的落管法、强磁场法、定向凝固法、控制铸造法、搅拌铸造法、粉末冶金法等。尽管这些方法在一定程度可以抑制分层组织的形成，但均未能获得性能优异的偏晶合金。激光－感应复合熔覆技术是近年来发展起来的一种新型表面强化与快速制造技术，具有凝固速度快、加工效率高等特点，受到了研究者的方法关注。但是，采用激光－感应复合熔覆的方法制备具有优异的磁学与电学性能的Cu-Fe-Si复合材料并未见文献报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光与感应复合熔覆Cu-Fe-Si软磁高导铜基复合材料。本发明是这样来实现的，其方法与步骤为：
（1）对基材表面进行除油、除锈处理；将专用铜基合金粉末放置于自动送粉器的装料斗内；
（2）将高频感应加热线圈与基材表面之间的距离设置为8mm，调节感应加热功率使基材表面被感应加热的温度为300℃，同时利用铜管对感应加热区吹入Ar气；
（3）将CO2激光器产生的激光束与自动送粉器的粉末喷嘴定位于感应加热区内，实现激光热源与感应加热源的复合；利用粉末喷嘴将专用铜基合金粉末吹入激光－感应复合熔覆热源形成的熔池内，当激光－感应复合熔覆热源移开后，熔融的专用铜基合金粉末快速凝固结晶形成软磁高导铜基复合材料；其中，激光功率1.5kW，激光扫描速度为450mm/min，粉末喷嘴直径2.8mm，激光光斑直径3mm，粉末流量18g/min，粉末喷嘴与基材基材表面法向间的夹角为53°，粉末喷嘴与基材表面垂直距离为10 mm。
本发明在进行所述的步骤（2）时，专用铜基合金粉末的化学成分为：Cu 56.5wt.%，Fe 28.5 wt.%，B 5.0 wt.%，Si 9.2%与Y2O3 0.8 wt.%，粒径为20~50μm。
本发明在进行所述的步骤（3）时，激光－感应复合熔覆Cu-Fe-Si软磁高导铜基复合材料的结构特征为：粒径约为15μm的非晶球状Fe-Si-B颗粒均匀镶嵌于面心立方ε-Cu基体内；软磁高导铜基复合材料在室温与±20kOe条件下，最大饱和磁化强度为100emu/g，电导率为70%IACS。
本发明的优点是：（1）铜基复合材料具有非晶/晶体的显微结构特征；（2）球状Fe-Si-B颗粒均匀布于ε-Cu基材内；（3）制备的铜基复合材料在室温与±20kOe条件下，最大饱和磁化强度为100emu/g，电导率为70%IACS。
具体实施方式
在基材为Cr12MoV冷作模具钢表面，采用激光－感应复合熔覆技术制备Cu-Fe-Si软磁高导铜基复合材料，制备的尺寸为150mm×80mm×50mm（长×宽×高）,显微结构特征为：粒径约为15μm的非晶球状Fe-Si-B颗粒均匀镶嵌于面心立方ε-Cu基体内；为非晶/晶体结构的复合材料；检测的性能为：在室温与±20kOe条件下，最大饱和磁化强度为100emu/g，电导率为70%IACS。具体实施过程如下：
（1）首先，对Cr12MoV冷作模具钢表面进行除油、除锈处理，提高其对激光束能量的吸收率；然后，将专用铜基合金粉末放置于自动送粉器的装料斗内，专用铜基合金粉末的化学成分为：Cu 56.5 wt.%，Fe 28.5 wt.%，B 5.0 wt.%，Si 9.2%与Y2O3 0.8 wt.%，粒径为20~50μm；
（2）将高频感应加热线圈与Cr12MoV冷作模具钢表面之间的距离设置为8mm，调节感应加热功率使Cr12MoV冷作模具钢表面被感应加热的温度为300℃，提高Cr12MoV冷作模具钢对激光束能量的吸收率与降低激光熔覆过程中的温度梯度，同时利用铜管对感应加热区吹入Ar气，保护溶池防止氧化；
（3）将CO2激光器产生的激光束与自动送粉器的粉末喷嘴定位于感应加热区内，实现激光热源与感应加热源的复合；利用粉末喷嘴将专用铜基合金粉末吹入激光－感应复合熔覆热源形成的熔池内，当激光－感应复合熔覆热源移开后，熔融的专用铜基合金粉末快速凝固结晶形成软磁高导铜基复合材料；其中，激光功率1.5kW，激光扫描速度为450mm/min，粉末喷嘴直径2.8mm，激光光斑直径3mm，粉末流量18g/min，粉末喷嘴与基材基材表面法向间的夹角为53°，粉末喷嘴与基材表面垂直距离为10 mm。

Claims (3)

1.一种激光与感应复合熔覆Cu-Fe-Si软磁高导铜基复合材料，其特征在于制备该材料的方法与步骤为：
（1）对基材表面进行除油、除锈处理；将专用铜基合金粉末放置于自动送粉器的装料斗内；
（2）将高频感应加热线圈与基材表面之间的距离设置为8mm，调节感应加热功率使基材表面被感应加热的温度为300℃，同时利用铜管对感应加热区吹入Ar气；
（3）将CO2激光器产生的激光束与自动送粉器的粉末喷嘴定位于感应加热区内，实现激光热源与感应加热源的复合；利用粉末喷嘴将专用铜基合金粉末吹入激光－感应复合熔覆热源形成的熔池内，当激光－感应复合熔覆热源移开后，熔融的专用铜基合金粉末快速凝固结晶形成软磁高导铜基复合材料；其中，激光功率1.5kW，激光扫描速度为450mm/min，粉末喷嘴直径2.8mm，激光光斑直径3mm，粉末流量18g/min，粉末喷嘴与基材表面法向间的夹角为53°，粉末喷嘴与基材表面垂直距离为10mm。
2.根据权利要求1所述的一种激光与感应复合熔覆Cu-Fe-Si软磁高导铜基复合材料，其特征在于：步骤（1）中，专用铜基合金粉末的化学成分为：Cu 56.5 wt.%，Fe 28.5 wt.%，B5.0 wt.%，Si 9.2%与Y2O3 0.8 wt.%，粒径为20~50μm。
3.根据权利要求1所述的一种激光与感应复合熔覆Cu-Fe-Si软磁高导铜基复合材料，其特征在于：步骤（2）中，软磁高导铜基复合材料的结构特征为：粒径约为15μm的非晶球状Fe-Si-B颗粒均匀镶嵌于面心立方ε-Cu基体内；软磁高导铜基复合材料在室温与±20kOe条件下，最大饱和磁化强度为100emu/g，电导率为70%IACS。
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