CN107904543B - 高致密铜合金涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高致密铜合金涂层及其制备方法，该高致密铜合金涂层为紫铜涂层或者黄铜涂层，其厚度为0.1～1.5mm，孔隙率为0.37%～3.56%，氧元素含量为1.10～1.50wt%。该高致密铜合金涂层的制备方法为空气丝材等离子喷涂技术；所述空气丝材等离子喷涂技术是以铜合金丝材作为喷涂材料，以等离子转移弧为热源，利用等离子非转移弧将铜合金丝材引弧到等离子转移弧并熔化成液滴，并在压缩空气雾化作用下高速喷涂到铜合金基体表面制得铜合金涂层。本发明的空气丝材等离子喷涂技术以联合型等离子弧进行喷涂，并以铜合金丝材作为喷涂材料，能够制得氧含量较低的高致密紫铜涂层和黄铜涂层，克服了现有热喷涂技术的不足。

Description

高致密铜合金涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于铜合金涂层制备技术领域，具体涉及一种高致密铜合金涂层及其制备方法。
背景技术
热喷涂技术是利用热源将喷涂材料加热至溶化或半溶化状态，并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法。
按照热源种类的不同，热喷涂主要包括火焰类喷涂和电弧类喷涂。前者主要包括火焰喷涂、爆炸喷涂以及超音速喷涂；后者主要包括电弧喷涂和等离子喷涂。
电弧喷涂是在两根焊丝状的金属材料之间产生电弧，因电弧产生的热使金属焊丝逐渐熔化，熔化部分被压缩空气气流喷向基体表面而形成涂层。电弧喷涂是钢结构防腐蚀、耐磨损和机械零件维修等实际应用工程中最普遍使用的一种热喷涂方法。
等离子喷涂是利用等离子弧进行的，离子弧是压缩电弧，与自由电弧相比较，其弧柱细，电流密度大，气体电离度高，因此具有温度高、能量集中、弧稳定性好等特点。按接电方法不同，等离子弧有以下三种形式：①非转移型等离子弧；②转移型等离子弧；③联合型等离子弧。其中，后两种主要用于等离子切割、等离子冶炼以及等离子焊接，而等离子喷涂采用的则是非转移型等离子弧。
采用包括电弧喷涂和等离子喷涂在内的现有热喷涂技术制备铜合金涂层，尤其是紫铜涂层和黄铜涂层，存在氧化程度较高、致密度较低等问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的热喷涂技术所制备的铜合金涂层存在氧化程度较高、致密度较低等问题，提供一种氧化程度较低的高致密铜合金涂层及其制备方法。
实现本发明上述目的的技术方案是：一种高致密铜合金涂层，其厚度为0.1～1.5mm，孔隙率为0.37%～3.56%，氧元素含量为1.10～1.50wt%。
所述高致密铜合金涂层为紫铜涂层或者黄铜涂层。
所述紫铜涂层的化学成分如下：铜86.5～91.5wt%，碳7.2～12.2wt%，氧1.10～1.50wt%。
所述黄铜涂层的化学成分如下：铜50～60wt%，碳10～15wt%，锌25～35wt%，氧1.10～1.50wt%。
上述高致密铜合金涂层的制备方法为空气丝材等离子喷涂技术；所述空气丝材等离子喷涂技术是以铜合金丝材作为喷涂材料，以等离子转移弧为热源，利用等离子非转移弧将铜合金丝材引弧到等离子转移弧并熔化成液滴，并在压缩空气雾化作用下高速喷涂到铜合金基体表面制得铜合金涂层。
所述铜合金丝材的直径为2mm。
具体工艺参数如下：喷涂电压100～150V，喷涂电流50～100A，送丝速度为3～15m/min，喷涂距离为120～200mm，空气压力30～80MPa。
本发明具有的积极效果：本发明的空气丝材等离子喷涂技术以联合型等离子弧进行喷涂，并以铜合金丝材作为喷涂材料，能够制得氧含量较低的高致密紫铜涂层和黄铜涂层，克服了现有热喷涂技术的不足。
附图说明
图1为实施例1制备的紫铜涂层的扫描电子显微镜照片。
图2为实施例1制备的紫铜涂层的金相显微镜照片。
图3为实施例2制备的黄铜涂层的扫描电子显微镜照片。
图4为实施例2制备的黄铜涂层的金相显微镜照片。
具体实施方式
（实施例1）
本实施例的高致密铜合金涂层为紫铜涂层，该紫铜涂层的化学成分如下：铜88.17wt%，碳10.36wt%，氧1.47wt%。
该紫铜涂层的扫描电子显微镜照片以及金相显微镜照片分别见图1和图2。
由图1可以看出，该紫铜涂层的厚度为1.2mm左右。
由图2可以计算出该紫铜涂层的孔隙率约为1.27%。
本实施例的紫铜涂层的制备方法如下：
①对铜合金基体表面进行除油、除锈以及喷砂粗化预处理。
本实施例采用的铜合金基体材料为H62黄铜，尺寸为50mm×30mm×10mm。
喷砂粗化工艺为：砂料为棕刚玉，粒度为1mm，压缩空气气压为0.7PSI，喷砂角度为90°，距离为100mm。
②以直径为2mm的紫铜丝材作为喷涂材料，以等离子转移弧为热源，利用等离子非转移弧将铜合金丝材引弧到等离子转移弧并熔化成液滴，并在压缩空气雾化作用下高速喷涂到铜合金基体表面制得紫铜涂层。
具体工艺参数如下：喷涂电压120V，喷涂电流92A，送丝速度9.5m/min，喷涂距离180mm，空气压力50MPa。
（实施例2）
本实施例的高致密铜合金涂层为黄铜涂层，该黄铜涂层的化学成分如下：铜56.24wt%，碳11.20wt%，锌31.38wt%，氧1.18wt%。
该黄铜涂层的扫描电子显微镜照片以及金相显微镜照片份分别见图3和图4。
由图3可以看出，该黄铜涂层的厚度为0.4mm左右。
由图4可以计算出该黄铜涂层的孔隙率约为0.88%。
本实施例的黄铜涂层的制备方法如下：
①同实施例1。
②以直径为2mm的黄铜丝材作为喷涂材料，以等离子转移弧为热源，利用等离子非转移弧将铜合金丝材引弧到等离子转移弧并熔化成液滴，并在压缩空气雾化作用下高速喷涂到铜合金基体表面制得黄铜涂层。
具体工艺参数如下：喷涂电压120V，喷涂电流71A，送丝速度4.3m/min，喷涂距离160mm，空气压力70MPa。
（对比例1～对比例4）
对比例1和实施例1的区别在于：步骤②仍以直径为2mm的紫铜丝材为喷涂材料，采用常规电弧喷涂。
对比例2和实施例1的区别在于：步骤②以粒径为15～45μm的紫铜粉末为喷涂材料，采用常规等离子喷涂。
对比例3和实施例2的区别在于：步骤②仍以直径为2mm的黄铜丝材为喷涂材料，采用常规电弧喷涂。
对比例4和实施例2的区别在于：步骤②以粒径为15～45μm的黄铜粉末为喷涂材料，采用常规等离子喷涂。
各对比例制得的紫铜涂层和黄铜涂层的氧含量及孔隙率见表1。
表1
实施例1 对比例1 对比例2 实施例2 对比例3 对比例4
铜合金涂层 紫铜涂层 紫铜涂层 紫铜涂层 黄铜涂层 黄铜涂层 黄铜涂层
氧含量 1.47wt% 3.72wt% 2.13wt% 1.18wt% 3.56wt% 1.96wt%
孔隙率 1.27% 4.17% 7.56% 0.88% 3.63% 6.88%

Claims (6)

1.一种高致密紫铜涂层的制备方法，其特征在于：它是以紫铜丝材作为喷涂材料，以等离子转移弧为热源，利用等离子非转移弧将紫铜丝材引弧到等离子转移弧并熔化成液滴，并在压缩空气雾化作用下高速喷涂到铜合金基体表面制得紫铜涂层；所述高致密紫铜涂层其厚度为0.1～1.5mm，孔隙率为0.37%～3.56%，化学成分如下：铜86.5～91.5wt%，碳7.2～12.2wt%，氧1.10～1.50wt%。
2.根据权利要求1所述的高致密紫铜涂层的制备方法，其特征在于：所述紫铜涂层的化学成分如下：铜88.17wt%，碳10.36wt%，氧1.47wt%。
3.根据权利要求1或2所述高致密紫铜涂层的制备方法，其特征在于：具体工艺参数如下：喷涂电压100～150V，喷涂电流70～100A，送丝速度为8～15m/min，喷涂距离为120～200mm，空气压力30～60MPa。
4.一种高致密黄铜涂层的制备方法，其特征在于：它是以黄铜丝材作为喷涂材料，以等离子转移弧为热源，利用等离子非转移弧将黄铜丝材引弧到等离子转移弧并熔化成液滴，并在压缩空气雾化作用下高速喷涂到铜合金基体表面制得黄铜涂层；所述高致密黄铜涂层其厚度为0.1～1.5mm，孔隙率为0.37%～3.56%，化学成分如下：铜50～60wt%，碳10～15wt%，锌25～35wt%，氧1.10～1.50wt%。
5.根据权利要求4所述的高致密黄铜涂层的制备方法，其特征在于：所述黄铜涂层的化学成分如下：铜56.24wt%，碳11.20wt%，锌31.38wt%，氧1.18wt%。
6.根据权利要求4或5所述高致密黄铜涂层的制备方法，其特征在于：具体工艺参数如下：喷涂电压100～150V，喷涂电流50～80A，送丝速度为3～8m/min，喷涂距离为120～200mm，空气压力50～80MPa。
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