CN112195462A - 一种铜铬复合涂层的制备方法 - Google Patents

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梁苗苗
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Abstract

本发明公开了一种铜铬复合涂层的制备方法，包括：将铜粉末和铬粉末混合后烘干，得到冷喷涂原料；利用冷喷涂设备将冷喷涂原料喷涂在铜基板上，得到具有Cu‑Cr复合涂层的样品；对Cu‑Cr复合涂层进行退火处理，然后对样品进行后处理得到获得Cu‑Cr复合涂层样品。可获得厚度约3.0mm的铜铬复合涂层，且铜铬复合涂层沉积效率高、力学性能优异、具有较好的耐磨性，且硬度均超过125HV。

Description

一种铜铬复合涂层的制备方法
技术领域
本发明属于铜合金制备方法技术领域，涉及一种铜铬复合涂层的制备方法。
背景技术
铜铬合金是一类具有优异综合力学性能和物理性能的功能结构一体化材料。它既具有高强高塑性，又具备优良的导热、导电和耐腐蚀性能，是制备电阻焊电机、金属模具、点焊机端子、集成电路引线框架、真空开关触头等高电导率高强度的优选材料。
到目前为止，铜铬合金的制备方法主要有粉末烧结法、真空电弧熔炼法、机械合金化法、等离子喷涂法等。其中铜铬复合涂层主要通过等离子喷涂法实现，但利用此方法仅能在基体上形成一个很薄的铜铬合金涂层，合金涂层厚度最大只有2um左右，且喷涂速率小，成本较高且工作效率较低，限制了其推广和应用范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种铜铬复合涂层的制备方法，解决了现有技术中存在的铜铬合金涂层厚度较薄的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种铜铬复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将铜粉末和铬粉末混合后烘干，得到冷喷涂原料；
步骤2、利用冷喷涂设备将冷喷涂原料喷涂在铜基板上，得到具有Cu-Cr复合涂层的样品；
步骤3、对Cu-Cr复合涂层进行退火处理，然后对样品进行后处理得到获得Cu-Cr复合涂层样品。
本发明的特点还在于：
铜粉末的粒径为40～50μm，铬粉末的粒径为30～45μm，铜粉末和铬粉末的质量比为1:0.8～1。
步骤1中烘干过程中的温度为80～90℃，烘干时间为20～30min。
冷喷涂设备的工艺参数为：冷喷涂距离为8～12mm，送粉速率为0.9～1.2rpm，冷喷涂压力为2.1～2.3MPa，喷涂温度为400～500℃，气体为N2或He。
步骤3中退火处理过程的退火温度为750～850℃，退火处理时间为2～4h。
本发明的有益效果是：
本发明的铜铬复合涂层的制备方法，得到的铜铬复合涂层沉积效率高、力学性能优异、具有较好的耐磨性，且硬度均超过125HV；得到的铜铬复合涂层组织成分均匀、喷涂损失小、生产成本低；得到的铜铬复合涂层与基体结合紧密，孔隙率低；表面光滑且厚度较大，可获得厚度约3.0mm的铜铬复合涂层。
附图说明
图1是本发明一种铜铬复合涂层的制备方法得到铜铬复合涂层的横截面微观形貌图；
图2是本发明一种铜铬复合涂层的制备方法得到铜铬复合涂层的表面微观形貌图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种铜铬复合涂层的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1、将纯度为99.8％、粒径为40～50μm的铜粉末和粒径为30～45μm的铬粉末按照质量比为1:0.8～1进行高能球磨混合1～1.5h，然后在真空干燥箱中以温度80～90℃烘干20-30min，得到冷喷涂原料；
步骤2、以纯度为99.9％的多用途110铜(电解硬沥青(ETP)铜)作为基材，预先对铜基板进行打磨处理；利用冷喷涂设备将冷喷涂原料喷涂在铜基板上，冷喷涂设备的工艺参数为：冷喷涂距离为8～12mm，送粉速率为0.9～1.2rpm，冷喷涂压力为2.1～2.3MPa，喷涂温度为400～500℃，气体为N2或He；在铜基板上得到厚度约3.0mm的Cu-Cr复合涂层；
优选的，冷喷涂设备选择Kinetic Spray 3000M、Kinetic 4000等冷喷涂系统。
本发明选择氮气作为保护气体，经济实惠；喷涂温度500～900℃(熔点以下都称为冷喷涂)，温度越高越致密，但氧化、晶粒长大等问题也随之出现，同时会增加成本；温度过低无法获得致密的涂层，同时涂层与基体间结合也较差；喷涂距离过近，冷喷涂压力较低、送粉速率过慢均会导致涂层质量的大幅下降，涂层松散甚至无法形成涂层，而喷涂距离远则需要的冷喷涂压力大，冷喷涂压力大成本又将大幅度提高，送粉速率过快则会降低材料的利用率，增加实验成本。
步骤3、对Cu-Cr复合涂层在温度为750～850℃的条件下进行2～4h退火处理，然后对样品进行抛光、水洗、酒精超声清洗后得到Cu-Cr复合涂层样品。
通过以上方式，本发明的铜铬复合涂层的制备方法，得到的铜铬复合涂层沉积效率高、力学性能优异、具有较好的耐磨性，且硬度均超过125HV；得到的铜铬复合涂层组织成分均匀、喷涂损失小、生产成本低；得到的铜铬复合涂层与基体结合紧密，孔隙率低；表面光滑且厚度较大，可获得厚度约3.0mm的铜铬复合涂层。本发明选择冷喷涂技术，喷涂效率高，沉积效率高；对基材热影响小，晶粒生长速度极慢，接近锻造组织，具有稳定的相结构和化学成分，基喷涂损失小；涂层外形与基材表面形貌保持一致，可达到高等级表面粗糙度，喷涂距离极短；冷喷涂粒子低温而高速，可以避免粒子在加速与加热过程发生的物理化学反应，涂层致密且氧化物含量低。
实施例1
步骤1、将纯度为99.8％、粒径为40μm的铜粉末和粒径为30μm的铬粉末按照质量比为1:0.8进行高能球磨混合1h，然后在真空干燥箱中以温度80℃烘干20min，得到冷喷涂原料；
步骤2、以纯度为99.9％的多用途110铜(电解硬沥青(ETP)铜)作为基材，铜基板的尺寸为57.2mm*50.9mm*3.2mm，预先对铜基板进行打磨处理；利用冷喷涂设备将冷喷涂原料喷涂在铜基板上，冷喷涂设备的工艺参数为：冷喷涂距离为8mm，送粉速率为0.9rpm，冷喷涂压力为2.1MPa，喷涂温度为400℃，气体为N2；在铜基板上得到厚度约3.0mm的Cu-Cr复合涂层；
步骤3、对Cu-Cr复合涂层在温度为750℃的条件下进行2h退火处理，然后对样品进行抛光、水洗、酒精超声清洗后得到Cu-Cr复合涂层样品。
实施例2
步骤1、将纯度为99.8％、粒径为45μm的铜粉末和粒径为40μm的铬粉末按照质量比为1:0.9进行高能球磨混合1.2h，然后在真空干燥箱中以温度85℃烘干25min，得到冷喷涂原料；
步骤2、以纯度为99.9％的多用途110铜(电解硬沥青(ETP)铜)作为基材，铜基板的尺寸为57.2mm*50.9mm*3.2mm，预先对铜基板进行打磨处理；利用冷喷涂设备将冷喷涂原料喷涂在铜基板上，冷喷涂设备的工艺参数为：冷喷涂距离为10mm，送粉速率为1rpm，冷喷涂压力为2.2MPa，喷涂温度为450℃，气体为N2；在铜基板上得到厚度约3.0mm的Cu-Cr复合涂层；
步骤3、对Cu-Cr复合涂层在温度为800℃的条件下进行3h退火处理，然后对样品进行抛光、水洗、酒精超声清洗后得到Cu-Cr复合涂层样品。
实施例3
步骤1、将纯度为99.8％、粒径为50μm的铜粉末和粒径为45μm的铬粉末按照质量比为1:1进行高能球磨混合1.5h，然后在真空干燥箱中以温度90℃烘干30min，得到冷喷涂原料；
步骤2、以纯度为99.9％的多用途110铜(电解硬沥青(ETP)铜)作为基材，铜基板的尺寸为57.2mm*50.9mm*3.2mm，预先对铜基板进行打磨处理；利用冷喷涂设备将冷喷涂原料喷涂在铜基板上，冷喷涂设备的工艺参数为：冷喷涂距离为12mm，送粉速率为1.2rpm，冷喷涂压力为2.3MPa，喷涂温度为500℃，气体为N2；在铜基板上得到厚度约3.0mm的Cu-Cr复合涂层；
步骤3、对Cu-Cr复合涂层在温度为850℃的条件下进行4h退火处理，然后对样品进行抛光、水洗、酒精超声清洗后得到Cu-Cr复合涂层样品。Cu-Cr复合涂层样品中复合涂层的横截面微观形貌、表面微观形貌如图1、2所示，图中涂层中灰色和浅色区域分别为铬和铜相。从图中可以看出，(1)Cu-Cr涂层孔隙率很小，组织致密，Cr颗粒均匀分布；(2)Cu-Cr涂层为无裂纹界面，Cu-Cr涂层与铜基体之间具有良好的附着力；(3)涂层和基体之间没有明确的界限，表明在沉积过程中有足够的粒子撞击速度，从而在涂层和基体界面上形成紧密的结合。

Claims (5)

1.一种铜铬复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将铜粉末和铬粉末混合后烘干，得到冷喷涂原料；
步骤2、利用冷喷涂设备将冷喷涂原料喷涂在铜基板上，得到具有Cu-Cr复合涂层的样品；
步骤3、对所述Cu-Cr复合涂层进行退火处理，然后对样品进行后处理得到获得Cu-Cr复合涂层样品。
2.根据权利要求1所述的一种铜铬复合涂层的制备方法，其特征在于，所述铜粉末的粒径为40～50μm，所述铬粉末的粒径为30～45μm，所述铜粉末和铬粉末的质量比为1:0.8～1。
3.根据权利要求1所述的一种铜铬复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤1中烘干过程中的温度为80～90℃，烘干时间为20～30min。
4.根据权利要求1所述的一种铜铬复合涂层的制备方法，其特征在于，所述冷喷涂设备的工艺参数为：冷喷涂距离为8～12mm，送粉速率为0.9～1.2rpm，冷喷涂压力为2.1～2.3MPa，喷涂温度为400～500℃，气体为N2或He。
5.根据权利要求1所述的一种铜铬复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤3中所述退火处理过程的退火温度为750～850℃，退火处理时间为2～4h。
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