CN113564410A - 一种激光制造应用于导电横臂的高强高导铜合金材料及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于国际专利分类表中的C23C24/10(2006.01)I技术领域，涉及一种激光制造应用于导电横臂的高强高导铜合金材料及其制备工艺。一种激光制造应用于导电横臂的高强高导铜合金粉末材料，该合金粉末材料包括如下组分：A：g3~12%、Ti：1~5%、C：0.1~5%、Al：0.3~6%、W：0.1~2.6%、Mo：2~6%、Zn：1.2~3%，Cu：余量。本发明通过激光方式向高导电的铜合金基体组织中复合添加银合金粉末进而抵消后续添加的合金元素材料对导电性能造成的消极影响；进一步添加了第二相强化粒子碳化钛进行强化铜合金基体自身强度，使导电横臂具有足够的刚度，减少加速度调节时可能产生的振动，使合金粉末获得优越的综合性能，从而实现了合金在具有较高的强度的同时，具有良好的导电性能。

Description

一种激光制造应用于导电横臂的高强高导铜合金材料及其制 备工艺

技术领域

本发明属于国际专利分类表中的C23C24/10(2006.01)I技术领域，涉及一种用于导电横臂的高强高导铜合金材料，特别是涉及一种激光制造应用于导电横臂的高强高导铜合金材料及其制备工艺。

背景技术

铜及铜合金是与人类生活有着密切联系的有色金属之一，也是一种广泛应用于全球各行业的基础材料。铜及铜合金之所以应用如此广泛，是由于其所具有的一些其他材料无可比拟的优良特性——其中最值得一提的就是该材料的高强高导特性——高导电铜合金主要应用于电气、电子工业，如导电横臂、集成电路引线框架、电气机车接触导线、电阻焊电极等。本发明涉及到的导电横臂，其设计初衷去除了大量的导电铜管以及其附属的大量的绝缘件等，使维修工作量大量的减少，但对其导电性能极其自身强度则提出了更高的要求。但是纯铜的强度低，为了提高铜的机械性能，一般选择加入其他合金元素形成铜合金。然而，这些传统方法制备的铜合金强度的显著提高，却是以牺牲其导电性能为代价的，且导电性随着合金化程度的提高而降低。所以如何在提高铜合金的强度又同时保障铜合金的导电性能，这是目前亟待解决的问题。

激光表面强化技术始于世纪年代大功率激光器的问世。随着现代科学的进步和工业技术的发展，高功率激光加工设备逐渐得到完善，激光表面强化技术的研究也取得了明显的进步，其应用领域正在不断扩展。由于工业生产和高科技军事设备对材料表面性能的要求越来越高，激光表面强化技术在材料领域的作用也越来越重要，己成为一种具有一定竞争力且用途广泛的高新技术。故而设计一种新的复合型材料，通过激光束扫描后快速凝固，获得与基体冶金结合的致密熔覆层，完全可以达到特定的强化目的。

由于目前针对导电横臂所使用的高强高导铜合金材料的激光熔覆领域上并没有相应的材料，所以经过专门的研发讨论开发，研制出一种通过激光表面技术应用于导电横臂的高强高导铜合金材料是亟待解决的问题。

发明内容

鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种激光制造应用于导电横臂的高强高导铜合金材料及其制备工艺。本发明采用激光熔覆的方法制造导电横臂，并大幅度提高其使用寿命。该高强高导铜合金涂层是通过激光复合工艺方式向铜材料基体中复合添加银合金粉末材料，用以保障合金的导电性能，同时加入适当的碳化钛第二相强化颗粒，用以提高熔覆区域的自身强度，并且通过适当的激光熔覆工艺以及热处理工艺手段，使得碳化钛第二相强化颗粒均匀弥散分布在材料组织内部，这种高强高导铜合金基体强化方式使得该粉末在具有较高的导电性能的同时，又具有良好的自身强度——刚度大，能稳定的承受电极调整的加速度而不发生振动。且由于其基体材料的韧性较好，在适当的激光熔覆工艺下裂纹倾向性极小。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种激光制造应用于导电横臂的高强高导铜合金粉末材料，该合金粉末材料包括如下组分：Ag：3~12%、Ti：1~5%、C：0.1~5%、Al：0.3~6%、W：0.1~2.6%、Mo：2~6%、Zn：1.2~3%，Cu：余量。

所述的用于激光制造应用于导电横臂的高强高导铜合金粉末材料是通过真空熔炼、真空气雾化、筛选等工序制备的，粒度是-100-+270目。

一种用于激光制造钢铜复合导电横臂的高强高导铜合金粉末材料的方法，适用于光纤激光器，在应用所述粉末材料的熔覆工艺参数是：功率：950~1950W，光斑直径：2.5~4.5mm，扫描速度：55~75mm/s，置粉厚度：1.2~1.8mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下。

本发明通过激光方式向高导电的铜合金基体组织中复合添加银合金粉末进而抵消后续添加的合金元素材料对导电性能造成的消极影响；进一步添加了第二相强化粒子碳化钛进行强化铜合金基体自身强度，使导电横臂具有足够的刚度，减少加速度调节时可能产生的振动；通过合理控制其余各组元素的百分比含量，使合金粉末获得优越的综合性能，从而实现了合金在具有较高的强度的同时，具有良好的导电性能，并且通过激光熔覆技术使其与底部钢基材形成致密的冶金结合层，满足激光熔覆导电横臂的使用要求。

由于相应的基体强化元素的加入强化了铜合金基体强度，同时由于碳化钛第二相强化粒子以颗粒形式加入，在铜合金基体中形成了一个个孤独立的硬质相孤岛，从另一种角度抑制了裂纹的产生，并且铜合金自身具有足够的韧性，所以探伤后表面未出现裂纹，获得了综合性能良好的合金组织。这种情况下的合金整体性能体现在工艺稳定并且成分均匀，保障了产品的使用寿命。

通过添加适当质量分数银合金粉末成分，确保了该合金粉末激光熔覆后的高导电性能，由于银的导电率高于铜，在添加一定比例的银合金粉末后，其积极的作用可以大幅降低添加其他合金元素及第二相粒子强化所对导电性能造成的消极作用，进而有力地保障了产品的整体使用性能。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

一种激光制造应用于导电横臂的高强高导铜合金粉末材料，该合金粉末材料包括如下组分：Ag：3~12%、Ti：1~5%、C：0.1~5%、Al：0.3~6%、W：0.1~2.6%、Mo：2~6%、Zn：1.2~3%，Cu：余量。

所述的用于激光制造应用于导电横臂的高强高导铜合金粉末材料是通过真空熔炼、真空气雾化、筛选等工序制备的，粒度是-100-+270目。

一种用于激光制造钢铜复合导电横臂的高强高导铜合金粉末材料的方法，适用于光纤激光器，在应用所述粉末材料的熔覆工艺参数是：功率：950~1950W，光斑直径：2.5~4.5mm，扫描速度：55~75mm/s，置粉厚度：1.2~1.8mm。

实施例1。

鞍山某钢厂的生产线的电弧炉导电横臂在使用中，由于越来越高的生产率的要求，目前技术已经不能适应更高电弧传输效率以及安全可靠稳定运行的使用要求。

使用本发明应用方法进行激光熔覆制造后，其中激光熔覆参数为：功率：1100W，光斑直径：3.8mm，扫描速度：55mm/s，置粉厚度：1.5mm。使用粒度是160目的本发明给出的用于激光制造钢铜复合导电横臂的高强高导铜合金进行熔覆，其组分（质量百分数）为：Ag：10.8%；Ti:3.5%；C:0.35%；Al：0.9%；W：1.3%；Mo：4%；Zn:2.5%；Cu：余量。

通过适当的熔覆工艺设计后恢复原有设计要求的尺寸和精度。上机在实际工况下服役，电阻值和电抗值大大减少，并由于激光熔覆层组织均匀，设备稳定安全运行，使用的生产率提高了1.7倍。证明该材料的高强高导性能设计完全符合设计指标。

实施例2。

河北某钢厂的一生产线的电弧炉导电横臂在使用中，由于原始使用的导电横臂电弧传输效率较低，难以满足越来越高的生产率的要求，沟通后明确提出需解决该困难。

使用本发明应用方法进行激光熔覆制造后，其中激光熔覆参数为：功率：1250W，光斑直径：3.9mm，扫描速度：75mm/s，置粉厚度：1.8mm。使用粒度是160目的本发明给出的用于激光制造钢铜复合导电横臂的高强高导铜合金进行熔覆，其组分（质量百分数）为：Ag11.8%；Ti 3.1%；C 0.45%；Al 2%；W 1.4%；Mo 3%；Zn 2.8%；Cu 余量。

通过适当的熔覆工艺设计后恢复原有设计要求的尺寸和精度。上机在实际工况下服役，电阻值和电抗值减少，并在上机过程中始终保持稳定安全运行，没有出现加速时出现的振动，保障了刚度，使用的生产率提高了近2倍。证明了该材料的高强高导性能设计完全符合设计指标。

Claims (3)

1.一种激光制造应用于导电横臂的高强高导铜合金粉末材料，其特征在于，合金粉末材料包括如下组分：Ag：3~12%、Ti：1~5%、C：0.1~5%、Al：0.3~6%、W：0.1~2.6%、Mo：2~6%、Zn：1.2~3%，Cu：余量。

2.如权利要求1所述的一种激光制造应用于导电横臂的高强高导铜合金粉末材料，其特征在于，合金粉末材料是通过真空熔炼、真空气雾化、筛选工序制备，粉末粒度是-100-+270目。

3.一种激光制造应用于导电横臂的高强高导铜合金材料的制备工艺，其特征在于，适用于光纤激光器，在应用所述粉末材料的熔覆工艺参数为：功率：950~1950W，光斑直径：2.5~4.5mm，扫描速度：55~75mm/s，置粉厚度：1.2~1.8mm。