专利名称：：一种古青铜编钟修复的专用合金粉末的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种合金粉末，具体说主要是用于激光焊接修复青铜器件的合金粉末。
背景技术：
：我国是文明古国，早在3000多年前就掌握了青铜器件的铸造技术，每年有大量的古青铜器件出土。由于这些青铜器在地下埋藏的时间太长，不仅导致锈蚀等典型缺陷，许多情况下甚至发生断裂。由于文物受到严重破坏，使其考古价值、科学研究价值都受到很大的影响。以最近从湖北省随州市九连墩古墓出土的编钟为例，由于在地下埋藏的年代久远，加上盗墓等行为的影响，该套出土的编钟共34枚中，有6枚受到严重损伤，其中一枚甚至成为碎片。目前为止，国内青铜文物包括编钟的修复主要采用两种粘接和钎焊两种工艺，它们都是通过采用与基体材料不一样的中间材料实现残损部件和缺损部位的简单连接，存在接头强度较低、与基材本身物理、化学性能相差较大等缺点。对变形程度较大或需要一定强度的古青铜编钟而言，使用该技术虽然可以在外观上使得编钟尺寸复原，但是由于接头强度降低，不足以支撑编钟的自重，因此往往只能将编钟摆放在桌面上，而不能悬挂在钟架上。尤其是编钟是具有发声功能的乐器，因为连接材料和基体材料之间存在巨大的物理性能和化学性能差异，严重影响了声波在编钟敲击时的振动特性，因此上述两种工艺方法无法恢复编钟的发声功能。换句话说，钎焊和粘结技术只能够做到恢复编钟的外观尺寸即"形似"，而不能恢复编钟的乐钟特征，即不能做到"音似"，因此所修复的编钟在文物价值和科学意义上都大打折扣。激光焊接是近三十年来发展十分迅速的新型连接技术，它具有焊缝窄、焊接强度高、焊接速度快、焊缝金属与基材金属为冶金结合、热影响区小、工件变形小等特点，如果能够将其应用在古青铜编钟的修复领域，可望实现编钟破损部位之间的高强度连接，且由于焊缝成分与基材的接近，有望使得焊缝金属与基材金属之间的物理性能和化学性能实现变化甚小，从而在恢复编钟外观尺寸的同时，实现其声音的复原。目前，激光焊接修复青铜文物才刚刚起步，国内只有西安文物保护修复中心曾经采用激光焊接技术对青铜剑和青铜镜等薄壁件(3mm)进行了修复(公开号为CN1431078，公开日为2003年07月23日)。由于所焊物件为薄壁件且焊接缝隙较窄，且不存在要求青铜剑和青铜镜恢复声音的问题，激光焊接过程没有采用外加填充材料。而对大多数古青铜编钟来讲，因为长时间的自然腐蚀和出土过程中操作不慎，待修复部位大多存在较大的焊接缝隙，局部甚至有明显的缺块现象，且编钟的壁厚也大都高于lmm(—般在3—10mm范围)。显然，依靠单纯的激光焊接难以实现修复部位的完整修复，必须外加填充材料，才能使得待焊部位弥合成为一个整体。我国古代各个不同历史时期的古青铜编钟材料主要为Cu-Sn-Pb合金，其中，加入Sn的目的是提高青铜的硬度和光泽，加入Pb的目的是提高青铜的铸造性能。由于激光焊接的主要目的在于使编钟的外观尺寸和声音同时复原，因此填充材料的成分不仅要保证所修复编钟有足够的强度，而且要保证焊缝金属的物理、化学性能特别是弹性模量、热膨胀系数等参数与基材尽量接近。另一方面，由于激光焊接过程中，Cu-Sn-Pb填充材料中各个组员的烧损程度存在一定的差异，因此在配制填充材料(合金粉末)时，必须考虑到激光焊接时元素烧损对合金成分的影响。
发明内容本发明的目的是提供一种古青铜编钟修复的专用合金粉末，该专用合金粉末能够用于古青铜编钟激光焊接修复，焊接接头强度高，冶金缺陷少，便于实现编钟的外形和声音同时复原。本发明提供的古青铜编钟修复的专用合金粉末，其组分及重量百分比为Cu65-95%;Snl-30%;Pb0.5~10%。本发明通过合金粉末成分的合理化设计，可以使得在激光悍接过程中，通过控制铅、锡元素的烧损含量，使得焊缝金属成分与古编钟的基材的成分尽量接近，从而使得焊缝与基材之间的物理性能差异尽量减少，最终实现激光焊接修复古青铜编钟的音形同时恢复。本发明对我国的古青铜文物修复和文物保护具有重要价值。具体而言，本发明具有以下优点(1)能够获得少、无裂纹和气孔缺陷，强度高的焊缝，在合适的焊接夹具、焊接工艺参数、矫形工艺条件下，实现编钟的形貌恢复。(2)焊缝和基材物理化学特性匹配良好，能实现编钟发声特性的恢复。(3)使用范围广，不仅能够用于有显著掉块等缺陷编钟的激光焊接修复，而且可以用于其他青铜器的激光焊接修复。具体实施方式本发明提供的是一种焊缝物理、化学性能和基材比较接近的青铜合金粉末。采用该合金粉末，配合以适当的激光焊接工艺参数，能够实现编钟的外形和声音同时复原。该合金粉末的组分与重量百分比范围为Cu65-95wt%;Snl-30wt%;Pb0.5~10wt%。针对待修复编钟基体材5料的成分，通过调整粉末合金成分主要是其中的Pb、Sn含量，来实现激光焊接接头的高质量连接，使基体和焊缝在微观组织及物理化学特性上保持一致性，最终恢复编钟形貌和发声特性。下面通过几个实施例对本发明作进一步详述，但本发明并不仅限于所述实施例的内容。实施例1:所采用的合金粉末成为Cu73wt°/。；Sn20wt%;Pb7wt%。九连墩出土编钟1，壁厚3—10mm。编钟材料成分为Cu78.5%wt;Snl7.6wt%;Pb4.9wt%。激光焊接工艺参数为激光功率3.5kW，焊接速度1000mm/min，焦距286mm，负离焦0.5mm，送粉速度6g/min。激光焊接之后，上述参数可以较好地通过控制合金粉末中Pb、Sn元素的烧损，使得焊缝金属的最终成分与基材接近，不仅可以获得成型美观的焊缝，而且通过矫形之后，编钟形貌及双音特性得到恢复，获得了较为满意的效果。实施例2:采用的合金粉末为Cu68%;Sn20%;Pbl2.0%。九连墩出土编钟2，壁厚3—10mm。编钟材料成分为Cu78.5%wt;Snl7.6wt%;Pb4.9wt%。激光焊接工艺参数为激光功率3.5kW，焊接速度600mm/min，焦距286mm，负离焦0.5mm，送粉速度8g/min。焊接完成后，编钟形貌及双音特性得到恢复，焊缝成形美观。下面以列表方式举例说明各实施例的组分及重量百分比<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>实施例3-6在激光焊接工艺参数为激光功率3.5kW，焊接速度600mm/min，焦距286mm,负离焦0.5mm，送粉速度8g/min的情况下，均能够实现编钟形貌及双音特性的恢复，形成成形美观的焊缝。权利要求1.一种古青铜编钟修复用合金粉末，其组分及重量百分比为Cu65-95％；Sn1-30％；Pb0.5～10％。全文摘要本发明公开了一种古青铜编钟修复的专用合金粉末，其组分及重量百分比为Cu65-95％；Sn1-30％；Pb0.5～10％。本发明通过合金粉末成分的合理化设计，可以使得在激光焊接过程中，通过控制铅、锡元素的烧损含量，使得焊缝金属成分与古编钟的基材的成分尽量接近，从而使得焊缝与基材之间的物理性能差异尽量减少，最终实现激光焊接修复古青铜编钟的音形同时恢复。本发明对我国的古青铜文物修复和文物保护具有重要价值。文档编号C23C24/00GK101260522SQ20081004742公开日2008年9月10日申请日期2008年4月22日优先权日2008年4月22日发明者曾晓雁,李祥友,胡乾午,明高申请人:华中科技大学