CN116083899A - 一种用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于基体表面银层涂覆技术领域，具体涉及一种用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法。本发明的用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法包括：将导电银浆涂覆在电接触基体表面，然后对涂覆有导电银浆的电接触基体表面进行激光熔覆处理，冷却凝固之后即可得到致密的银层。由于导电银浆本身具有较好的粘结性，将其涂覆在电接触基体表面，能够较好地与基体进行粘结，经过激光熔覆处理之后也能与基体实现高强度的冶金结合，因此能够适用于结构复杂，对银层面积要求小的零件，对于曲面区域也同样具有良好的适用性。
Description
技术领域
本发明属于基体表面银层涂覆技术领域，具体涉及一种用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法。
背景技术
为了减小电接触基体表面的接触电阻，提高电阻率，一般会在电接触基体的表面增加一层银层，而电接触基体表面的银层质量也将直接影响设备的载流量和使用寿命。目前电接触基体表面银层改性普通采用电镀银工艺，在电镀过程中，由于银与镀液中化合物容易生成不溶性盐，导致其稳定性较差。此外，银合金镀液大多为含有氰化物的碱性镀液，其中的氰化物具有一定的毒性，因此电镀银产生的废水对环境危害极大。
因此，人们开始将目光转向其他领域，寻求其他的在电接触基体表面镀银的方法，激光自20世纪问世以来，就受到人类的极大关注。作为一种高能量密度的加工方法，利用激光束进行切割、焊接、打标、热处理和熔覆处理的技术工艺逐渐成熟，开始普遍应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、沉积等重要领域，对提高产品质量和劳动生产率，实现自动化、无污染生产，减少材料消耗起到了重要的作用。
借助于激光加工技术的发展，有学者尝试利用激光熔覆的方式在电接触基体表面实现银层的处理，例如，申请公布号为CN110042389A的中国发明专利公开了一种大电流铝母线金具端子表面激光熔覆银层工艺，具体公开了采用银粉为原材料，使用激光熔覆的方式，以铝合金作为基体，通过激光使铝合金工件的表面熔化形成熔池，然后将银粉送入熔池熔化并冷却，实现银层在铝合金表面的凝固。然而，由于该方法采用的镀银材料为银粉，对于施工条件带来较大的限制，只能应用于板状平面、圆状平面等表面较为平整或者表面弯曲度较小的工件，无法应用于结构复杂、表面弯曲度高的工件，适用范围小，具有较大的局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法，以解决现有技术在利用激光熔覆方法在电接触基体表面镀银时，适用范围小，局限性大的问题。
为了达到以上目的，本发明提供了一种用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法，将导电银浆涂覆在电接触基体表面，然后对涂覆有导电银浆的电接触基体表面进行激光熔覆处理。
本发明的用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法，所用镀银材料为导电银浆，进行激光熔覆处理后，导电银浆在激光的作用下在电接触基体表面发生熔化、晶化，形成熔覆层，冷却凝固之后形成连续致密的银层。由于导电银浆本身具有较好的粘结性，将其涂覆在电接触基体表面，能够较好地与基体进行粘结，经过激光熔覆处理之后也能与基体实现高强度的冶金结合，因此能够适用于结构复杂，对银层面积要求小的零件，对于曲面区域也同样具有良好的适用性，同时还可以避免使用银粉作为镀银材料时带来的粉尘污染的问题。
优选的，导电银浆由银粉和有机载体组成；为了保证银层的导电率并且避免由于有机载体较多导致的激光熔覆处理后银层出现大量孔洞的情况，导电银浆中银粉的质量百分比大于等于80％，有机载体的质量百分比小于等于80％。
优选的，导电银浆中的银粉由微米级银粉和纳米级银粉组成。导电银浆中微米级银粉的含量为74-79％，纳米级银粉的含量为5-11％。导电银浆中微米级银粉的粒径为2-5μm；纳米级银粉的粒径为30-40nm。
进一步的，导电银浆中微米级银粉的含量为74-79％，纳米级银粉的含量为5-9％。
进一步的，有机载体包括表面活性剂、粘结剂、消泡剂和溶剂。粘结剂、消泡剂和溶剂的选择均为常用的试剂，粘结剂能够保证导电银浆能够与电接触基体表面粘结，表面活性剂可以选自卵磷脂。
本发明中导电银浆可以自制也可以采用市售产品，作为一种具体实施方式的实现，可以选择特种电极浆料SF3200(苏州贝特利高分子材料有限公司)。
优选的，激光熔覆处理所用的激光设备的功率为2800-3200W；激光束光斑焦点的直径为2-4mm；激光束移动速度为3.5-4.5mm/s；相邻两道熔覆层之间的搭接率为35-45％，形成的银层厚度为5μm～800μm。
优选的，为了避免激光熔覆过程中发生氧化反应，激光熔覆在惰性气体环境中进行；进一步的，惰性气体选自氩气、氮气、氦气中的任意一种或两种及以上组成的混合气。
优选的，将导电银浆涂覆在电接触基体表面时，可以采用多种涂覆方式，进一步的，为了保证标准化作业，可以采用自动涂覆的方式。
优选的，对电接触基体表面进行激光熔覆处理后，还可以执行以下步骤：按照图样要求将电接触基体进行机加工，使其达到尺寸要求，并打磨至表面光亮，得到成品。
本发明的用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法，对于平面、曲面、大面积、小面积的基体均能够实现良好的应用。同时对基体材料的容许度大，既适应于如铜、铝、钛、不锈钢等金属基体，也适用于陶瓷基体。
说明书附图
图1为本发明的实施例中用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细说明。
一、本发明的用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法的示意图如图1所示，具体实施例如下：
实施例1-4中所用的导电浆料中，微米级银粉的粒径均为2-5μm；纳米级银粉的粒径均为30-40nm，有机载体为粘结剂、表面活性剂、消泡剂和溶剂的组合，其中，表面活性剂为卵磷脂，各实施例中有机载体的粘结剂、表面活性剂、消泡剂和溶剂均相同，且粘结剂、表面活性剂、消泡剂和溶剂的质量比均相同。
实施例1
本实施例的用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法包括以下步骤：
(1)预置材料：采用喷涂的方式将导电银浆涂覆在电接触基体表面。本实施例选择的导电银浆的配比为76％的微米级银粉、7％的纳米级银粉和17％的有机载体。
(2)激光熔覆：激光设备的输出功率设为3000W，激光束光斑焦点的直径设置为3mm；
将电接触基体固定，在氮气气氛中，激光头以4mm/s的速度进行移动，照射在电接触基体表面的导电银浆上，使导电银浆在电接触基体表面发生熔化、晶化，形成熔覆层，随着激光头的移动和熔覆区的冷却凝固，形成连续致密的银层，其中，相邻两道熔覆层的搭接率为40％。
实施例2
本实施例的用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法包括以下步骤：
(1)预置材料：采用喷涂的方式将导电银浆涂覆在电接触基体表面。本实施例选择的导电银浆由银粉和有机载体组成，配比为74％的微米级银粉、9％的纳米级银粉和17％的有机载体。
(2)激光熔覆：激光输出功率设为2800W，激光束光斑焦点的直径设置为3mm；
将电接触基体固定，在氮气气氛中，激光头以3.5mm/s的速度进行移动，照射在电接触基体表面的导电银浆上，使导电银浆在电接触基体表面发生熔化、晶化，形成熔覆层，随着激光头的移动和熔覆区的冷却凝固，形成连续致密的银层，其中，相邻两道熔覆层的搭接率为40％。
实施例3
本实施例的用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法包括以下步骤：
(1)预置材料：采用喷涂的方式将导电银浆涂覆在电接触基体表面。本实施例选择的导电银浆由银粉和有机载体组成，配比为79％的微米级银粉、5％的纳米级银粉和16％的有机载体。
(2)激光熔覆：激光输出功率设为3200W，激光束光斑焦点的直径设置为3mm；
将电接触基体固定，在氮气气氛中，激光头以4.5mm/s的速度进行移动，照射在电接触基体表面的导电银浆上，使导电银浆在电接触基体表面发生熔化、晶化，形成熔覆层，随着激光头的移动和熔覆区的冷却凝固，形成连续致密的银层，其中，相邻两道熔覆层的搭接率为40％。
实施例4
本实施例的用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法包括以下步骤：
(1)预置材料：采用喷涂的方式将导电银浆涂覆在电接触基体表面。本实施例选择的导电银浆由银粉和有机载体组成，配比为76％的微米级银粉、11％的纳米级银粉和13％的有机载体。
(2)激光熔覆：选用功率为3000W的激光设备，输出功率设为3000W，激光束光斑焦点的直径设置为3mm；
将电接触基体固定，在氮气气氛中，激光头以4mm/s的速度进行移动，照射在电接触基体表面的导电银浆上，使导电银浆在电接触基体表面发生熔化、晶化，形成熔覆层，随着激光头的移动和熔覆区的冷却凝固，形成连续致密的银层，其中，相邻两道熔覆层的搭接率为40％。
二、对比例
对比例1
本对比例采用现有技术中的电镀银方法在铜电接触基体上进行化学电镀银，具体步骤如下：
(1)铜电接触基体前处理：铜电接触基体依次经过酸性去油、一次水洗、抛光、二次水洗、活化和三次水洗，使工件表面光洁度和洁净度达到理想状态。
(2)铜电接触基体镀银：使电解液中银离子以金属银的形式沉积在铜上，其中，铜电接触基体镀银前，需先在铜电接触基体表面预镀银，以增加后续银层与基体的结合力。
(3)铜电接触基体镀银后处理：铜电接触基体镀银后，还需经过一次水洗、酸碱性中和、二次水洗、涂覆保护剂和干燥处理，最终完成镀银工序。
三、实验例
实验例1
本实验例用于验证实施例1-4和对比例1制备的电接触基体表面银层的导电性能和界面结合力，具体方法如下：
采用PZ-60A便携式涡流电导仪对银层的导电性能进行验证。采用弯曲法对银层的结合力能进行验证，即将试样沿直径等于试样厚度的轴，反复弯曲180°，直至试样与基体断裂，观察镀层是否起皮、脱落。所得结果如下表1所示：
| 导电率 | 结合力 | |
| 实施例1 | 99.5％IACS | 镀层无起皮、脱落现象 |
| 实施例2 | 98％IACS | 镀层无起皮、脱落现象 |
| 实施例3 | 99％IACS | 镀层无起皮、脱落现象 |
| 实施例4 | 86.5％IACS | 断裂处镀层出现轻微起皮现象 |
| 对比例1 | 97.5％IACS | 断裂处镀层局部出现明显起皮现象 |
由表中可知，随着导电银浆纳米银粉含量增加，其导电率下降，断裂处镀层出现轻微起皮现象，结合力较差，究其原因主要是提高导电银浆中纳米银粉含量，会造成纳米银颗粒间的团聚现象愈加明显，导致银层产生多的内部空间。对比例1中电镀银层属于化学沉积效应，结合力相对较差。
根据本发明的用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法制备的导电银层，与对比例1相比，实施例1-4得到的银层，导电率均可满足电接触表面对导电性能的要求。表1的实验结果可知，实施例1-4得到的银层结合力均优于对比例1，从而保证了用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法制备的导电银层的使用寿命。
Claims (7)
1.一种用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法，其特征在于：将导电银浆涂覆在电接触基体表面，然后对涂覆有导电银浆的电接触基体表面进行激光熔覆处理。
2.根据权利要求1所述的用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法，其特征在于：所述导电银浆由银粉和有机载体组成；导电银浆中银粉的质量百分比大于等于80％。
3.根据权利要求2所述的用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法，其特征在于：导电银浆中的银粉由微米级银粉和纳米级银粉组成；导电银浆中微米级银粉的含量为74-79％，纳米级银粉的含量为5-11％。
4.根据权利要求3所述的用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法，其特征在于：导电银浆中微米级银粉的含量为74-79％，纳米级银粉的含量为5-9％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法，其特征在于：导电银浆中微米级银粉的粒径为2-5μm；纳米级银粉的粒径为30-40nm。
6.根据权利要求1-4任一项所述的用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法，其特征在于：激光熔覆处理所用的激光设备的功率为2800-3200W；激光束光斑焦点的直径为2-4mm；激光束移动速度为3.5-4.5mm/s；相邻两道熔覆层之间的搭接率为35-45％。
7.根据权利要求1-4任一项所述的用于电接触基体表面的导电银浆激光熔覆方法，其特征在于：激光熔覆在惰性气体环境中进行。
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