本发明涉及合金制备技术领域，具体涉及一种铜铬合金表面晶粒细化和强化的方法。
背景技术：
合金，是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。
金属合金材料的使用范围较广，其中铜合金在金属合金材料的用途中占有很大的比例。铜合金具有较高的抗拉强度，可以用于一些对金属合金拉伸性有较高要求的专业方向。常规的铜合金材料的抗拉强度较低，通常只有400mpa至600mpa，由于常规的合金材料的低抗拉强度，一定程度上限制了其的应用。
cu-cr(-zr)是沉淀强化铜铬合金家族中的代表。它是通过在铜中加人固溶度较低的cr(-zr)合金元素，通过高温固溶处理，使合金元素在铜基体中形成过饱和固溶体，然后再通过后续的时效处理，使过饱和固溶体分解，cr(-zr)元素将以细小颗粒弥散分布在基体中形成沉淀相。这种合金体系因具有高强度和高导电性在铁路、电力、电子、国防等领域得到广泛应用。cu-zn合金为典型的固溶强化合金，zn能大量固溶于cu中，形成α固溶体，450℃时溶解度可达39％。实验合金中zn含量只有10％，因此zn在合金中的存在形式完全为α固溶体，整个加工、热处理过程对其几乎没有影响。zn的固溶体在本文中的强化作用并不明显，添加zn主要是用于调控合金电导率。钴是铁磁性的，在硬度、抗拉强度、机械加工性能、热力学性质、的电化学行为方面与铁和镍相类；钴将合金组成中其它金属碳化物晶粒结合在一起，使合金具更高的韧性，并减少对冲击的敏感性能，这种合金熔焊在零件表面，可使零件的寿命提高3～7倍。
现有的铜铬合金表层组织粗大；现有技术大多通过材料变形方式提高组织的硬度的方式，在高温条件下易退火降低，或者通过加入形核剂进行细晶强化，但是同时会引起电导的降低；现有工艺受限于冷却方式组织粗大；激光熔覆表面处理技术就是通过大功率的激光束加热样品表面，使合金粉末和部分基体熔化，处理后在表面形成一定厚度、主要由合金元素组成的晶粒细小的强化层，从而达到改善表面性能的目的。激光是一种可控性极强的高能高功率密度热源，材料在激光作用下，其内部组织要经历一系列复杂的变化。
cn201610414239.2给出了一种铜铬合金表面制备超硬强化层的方法，该方法是通过采用脉冲激光辐射加热相结合的方法在cu-cr触头材料表面形成高硬度、高耐磨性和高耐电压强度的合金化层，属于材料表面处理和强化技术领域；但是其并被给脉冲激光出处理时的具体参数，且因为所处理的铜铬合金范围过于广泛，所以在制备时存在很大的差异；同时，因为其处理前期的清洗过程过于复杂，成本较高，不易大量推广。
技术实现要素：
针对以上技术问题，本发明提供一种过程简单的铜铬合金表面晶粒细化和强化的方法。
本发明的技术方案为：一种铜铬合金表面晶粒细化和强化的方法，主要包括：
步骤一：制备铜铬合金
熔炼制成铜铬合金，熔炼完成之后，浇筑成铸锭，冷却至室温，待用；
步骤二：铜铬合金表面处理
对待用的铜铬合金进行清洗、烘干，保证铜铬合金表面的清洁；
步骤三：激光强化设备的参数设置
对强化区域在激光冲击强化设备上进行参数规划设置；取一小部分铜铬合金样块，将样块放置于激光冲击强化设备的工作区域，调节激光强化设备产生高功率密度、短脉冲的激光；
步骤四：布置吸收保护层
将涂层材料涂覆在待处理铜铬合金表面；
步骤五：激光冲击强化处理
将涂覆了涂层后的铜铬合金通过激光强化设备作用形成高强度冲击波作用于铜铬合金表面。
进一步地，步骤一熔炼采用非真空中频感应电炉熔炼；中频感应电炉熔化效率高，节电效果好，金属成份均匀，烧损少，温升快，温度容易控制，又因为各金属并非同时添加、混合熔炼，所以采用非真空中频感应电炉熔炼。
进一步地，铜铬合金按以下成分及重量百分比组成：cr为15wt％～18wt％、zn为2wt％～4wt％、mg为0.5wt％～1wt％、co为0.04wt％～0.06wt％、余量为铜；zn用于调控合金电导率；钴的加入能够对硬度、抗拉强度、机械加工性能做到有效的提升；mg具有一定的延展性和热消散性。
进一步地，cu采用铜板方式加入，cr采用cu-cr中间合金方式加入，zn采用锌锭方式加入，mg采用镁条方式加入，co采用钴粉方式加入；铜板为电解铜板，纯度大于99％；其中，所述的锌锭为市售二号锌，纯度大于99.95％，能够保证各物质之间的纯度，避免因为掺杂的杂质影响到后期的处理效果。
进一步地，所述熔炼，待铜板与cu-cr中间合金熔炼完后，加入锌锭，再加入镁条，最后加入钴粉；由于zn、mg、co都为微量，在熔炼过程中难以避免损耗，按照先后顺序添加熔炼，能够有效地避免损耗，并且能达到熔炼后的均匀性。
进一步地，步骤二在对铜铬合金进行清洗时采用无水乙醇进行清洗。
进一步地，步骤三调节激光强化设备的功率密度：1×109w/cm2--2×109w/cm2，脉冲能量：2-10j，脉冲宽度：8-20ns，加工频率：1-10hz，波长：1064nm；通过高功率密度、短脉冲的激光通过透明约束层(水)作用于铜铬合金表面所涂覆的能量吸收涂层，涂层吸收激光能量迅速气化并几乎同时形成大量稠密的高温等离子体；该等离子体继续吸收激光能量急剧升温膨胀，然后爆炸形成高强度冲击波作用于金属表面。
进一步地，步骤四选用黑漆为涂覆层。
进一步地，黑漆的涂覆厚度为50-300um；不仅能够有效的在激光冲击强化时保护铜铬合金，同时又能够达到细化表面晶粒和增加表面硬度，并且对于材料的其他性能不产生影响。
与现有技术相比本发明的有益效果为：由本发明设计的铜铬合金，cu-zn合金为典型的固溶强化合金，zn能大量固溶于cu中，形成α固溶体，450℃时溶解度可达39％；zn用于调控合金电导率；钴的加入能够对硬度、抗拉强度、机械加工性能做到有效的提升；mg具有一定的延展性和热消散性，能够在有效的避免因温度问题而造成的合金自身电阻改变而影响导电率；本发明在现有铜铬合金的制备工艺基础上进一步提升材料的性能，通过激光冲击强化技术在铜铬合金的表面区域形成颗粒细小同时具有较高残余压应力的细晶层，一方面使铜铬表面组织细化提高了表面硬度，并且有利于材料服役；另一方面残余压应力的存在提高了表面硬度和抗疲劳，即使后续存在高温条件，残余压应力得到释放，细晶强化的作用仍然存在。
具体实施方式
实施例1：一种铜铬合金表面晶粒细化和强化的方法，主要包括：
步骤一：制备铜铬合金
按以下成分及重量百分比：cr为15wt％、zn为2wt％、mg为0.5wt％、co为0.04wt％、余量为铜，进行熔炼制成铜铬合金，熔炼完成之后，浇筑成铸锭，冷却至室温，待用；cu采用铜板方式加入，cr采用cu-cr中间合金方式加入，zn采用锌锭方式加入，mg采用镁条方式加入，co采用钴粉方式加入；熔炼采用非真空中频感应电炉熔炼；待铜板与cu-cr中间合金熔炼完后，加入锌锭，再加入镁条，最后加入钴粉；
步骤二：铜铬合金表面处理
对待用的铜铬合金进行清洗、烘干，保证铜铬合金表面的清洁；对铜铬合金进行清洗时采用无水乙醇进行清洗；
步骤三：激光强化设备的参数设置
对强化区域在激光冲击强化设备上进行参数规划设置；取一小部分铜铬合金样块，将样块放置于激光冲击强化设备的工作区域，调节激光强化设备产生高功率密度、短脉冲的激光；调节激光强化设备的功率密度：1×109w/cm2，脉冲能量：2j，脉冲宽度：8ns，加工频率：1hz，波长：1064nm；
步骤四：布置吸收保护层
将涂层材料涂覆在待处理铜铬合金表面；涂层材料选用黑漆，黑漆的涂覆厚度约为50um；
步骤五：激光冲击强化处理
将涂覆了涂层后的铜铬合金通过激光强化设备作用形成高强度冲击波作用于铜铬合金表面。
实施例2：一种铜铬合金表面晶粒细化和强化的方法，主要包括：
步骤一：制备铜铬合金
按以下成分及重量百分比：cr为16wt％、zn为3wt％、mg为0.8wt％、co为0.05wt％、余量为铜，进行熔炼制成铜铬合金，熔炼完成之后，浇筑成铸锭，冷却至室温，待用；cu采用铜板方式加入，cr采用cu-cr中间合金方式加入，zn采用锌锭方式加入，mg采用镁条方式加入，co采用钴粉方式加入；熔炼采用非真空中频感应电炉熔炼；待铜板与cu-cr中间合金熔炼完后，加入锌锭，再加入镁条，最后加入钴粉；
步骤二：铜铬合金表面处理
对待用的铜铬合金进行清洗、烘干，保证铜铬合金表面的清洁；对铜铬合金进行清洗时采用无水乙醇进行清洗；
步骤三：激光强化设备的参数设置
对强化区域在激光冲击强化设备上进行参数规划设置；取一小部分铜铬合金样块，将样块放置于激光冲击强化设备的工作区域，调节激光强化设备产生高功率密度、短脉冲的激光；调节激光强化设备的功率密度：1.5×109w/cm2，脉冲能量：6j，脉冲宽度：15ns，加工频率：5hz，波长：1064nm；
步骤四：布置吸收保护层
将涂层材料涂覆在待处理铜铬合金表面；涂层材料选用黑漆，黑漆的涂覆厚度约为200um；
步骤五：激光冲击强化处理
将涂覆了涂层后的铜铬合金通过激光强化设备作用形成高强度冲击波作用于铜铬合金表面。
实施例3：一种铜铬合金表面晶粒细化和强化的方法，主要包括：
步骤一：制备铜铬合金
按以下成分及重量百分比：cr为18wt％、zn为4wt％、mg为1wt％、co为0.06wt％、余量为铜，进行熔炼制成铜铬合金，熔炼完成之后，浇筑成铸锭，冷却至室温，待用；cu采用铜板方式加入，cr采用cu-cr中间合金方式加入，zn采用锌锭方式加入，mg采用镁条方式加入，co采用钴粉方式加入；熔炼采用非真空中频感应电炉熔炼；待铜板与cu-cr中间合金熔炼完后，加入锌锭，再加入镁条，最后加入钴粉；
步骤二：铜铬合金表面处理
对待用的铜铬合金进行清洗、烘干，保证铜铬合金表面的清洁；对铜铬合金进行清洗时采用无水乙醇进行清洗；
步骤三：激光强化设备的参数设置
对强化区域在激光冲击强化设备上进行参数规划设置；取一小部分铜铬合金样块，将样块放置于激光冲击强化设备的工作区域，调节激光强化设备产生高功率密度、短脉冲的激光；调节激光强化设备的功率密度：2×109w/cm2，脉冲能量：10j，脉冲宽度：20ns，加工频率：10hz，波长：1064nm；
步骤四：布置吸收保护层
将涂层材料涂覆在待处理铜铬合金表面；涂层材料选用黑漆，黑漆的涂覆厚度约为300um；
步骤五：激光冲击强化处理
将涂覆了涂层后的铜铬合金通过激光强化设备作用形成高强度冲击波作用于铜铬合金表面。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。