一种批量式激光熔覆生产CuCr复合触头的制备方法与流程

本发明涉及触头材料技术领域，具体是涉及一种批量式激光熔覆生产cucr复合触头的制备方法。

背景技术：

铜基触头具有很好的应用市场，但是随着3d打印技术的涌入，高性能低成本的产品涌入制造业成为一种趋势。

现有技术如专利cn106498386a公布了一种激光熔覆铜表面复合涂层及其制备方法，该专利是将需要熔覆的材料粉末调成糊状均匀涂抹在铜基表面，自然风干后使用激光熔覆的方法形成一层镀层，达到强化表面的效果；但是因为厚度不能叠加加工而无法达到代替原有产品支撑(或无效)部分的效果，也就没有达到节约成本的效果；

再如专利108315733a公布了一种激光熔覆铝青铜合金梯度涂层所用粉料及制备方法，具体做法是将由al、cu、fe、ni、mn、si、cr、b和mo九种元素组成的合金粉料，通过激光熔覆的方式做成cu的表面涂层。使用的并非廉价材料且熔覆层厚太小，无法达到代替部分零件进而降低成本的目的，另外由于涂层只作用于表面，没有晶粒细化效果。

以上两个专利在设计上都对目前现有的铜合金生产方式进行了工艺优化或者成本优化，但只进行了表面强化，没有整体强化，而且并未起到降低成本效果。如专利cn106498386a调成糊状进行熔覆与专利108315733a的使用合金粉熔覆镀层，均只改变了零件的表层状况，没有起到细化晶粒、代替部分零件的效果，也就没有节约成本。

目前降低成本的方式有两种，一种是复合材料的开发：将触头作支撑的部分使用廉价材料代替；一种是开发新技术：开发出工序更少性能更优的工艺。

本专利是在不影响甚至优于原有产品性能、降低加工成本又不影响效率的基础上设计。

技术实现要素：

为了实现以上目的，本发明提供了，以解决现有陶瓷涂层制备技术中，涂层孔隙率缺陷影响其耐磨性问题，具体的技术方案如下：

一种批量式激光熔覆生产cucr复合触头的制备方法，包括以下步骤：

s1、cucr既定成分混合粉的配料：

按cr粉10-50wt％、雾化铜粉90-50wt％的质量百分比配比称取cr和雾化铜粉；经试验研究证明，将cr粉和cu粉按上述比例配比能够保证在产品成分和不降低生产效率的基础上，提高产品性能，而且该比例是符合目前的市场情况和客户需求的；

s2、cucr既定成分混合粉的混粉：

将s1的cr粉和雾化铜粉按所述比例混合后，按球料比1:3-1:5球磨1-5h；球磨的作用是让粉均匀混合；

s3、铜锭预加工：

将准备熔覆的铜锭根据成品尺寸切成留有1/10～1/8加工余量的单片备用；留加工余量是因为，第一，激光熔覆由于加工速度较快，就导致了精度较差，因此我们使用该技术来加工毛坯，然后将毛坯进行机加成成品；第二，毛坯制作成品需要留有加工余量来对刀和夹持；

s4、在铜片上高速激光熔覆cucr既定成分混合粉：

采用高速激光熔覆技术加工，激光束垂直于铜基体表面进行扫描；扫描过程保护气和送粉气均使用惰性气体；本发明所用激光器是由陕西省西安市的中科中美公司独家研发制造的，产品性能好，符合本发明使用需求；

高速激光熔覆的作用有3个：

(1)采用4个激光头聚焦技术，增大了有效熔覆的截面直径，也就是相较于常规激光熔覆，提高有效熔覆的单层厚度；

(2)激光重合点选择焦点偏上一定位置而没有选取焦点，增大了单位熔覆面积，也就是相较于常规熔覆使用相同的速度加工同一零件能更快完成；

(3)高速激光熔覆的步长和层厚均可调可控，可以根据产品设置最佳参数，提高生产效率；

s5、熔覆好的样品进行热处理：

热处理工艺为：固溶温度为850-1100℃，保温1-5h，时效温度为350-500度，保温3-8h；

热处理是因为直接激光熔覆后的产品部分性能达不到要求，需要进行热处理后达到要求；

s6、表面加工处理：

热处理后的样品按成品触头尺寸进行表面加工处理，达到设计最终要求表面粗糙度及精度即可。

进一步地，在上述方案中，所述步骤s1中，所述cr粉的粉末粒度要求为30-55μm之间，雾化铜粉的粉末粒度要求为35-50μm之间。不使用30μm以下的粉，降低了原材料的加工要求；使用较大颗粒的粉，可以方便原材料制粉时候氧含量的控制；使用粒度范围相近的粉进行混合，能较大程度的保证混合后粉体粒度的均匀性。

进一步地，在上述方案中，所述步骤s1中，粉体的球形度要求大于80％。使用球形度大于80％的粉体能大幅减少零件加工时因为出粉不均造成金相孔洞或者成分不均的缺陷成型几率。

进一步地，在上述方案中，所述步骤s2中，开启球磨之前，先抽真空到10^-1pa，再充氢气保护，充氢气到0.6mpa，抽真空再充入氢气的作用都是为混粉创造低氧环境，避免混粉过程中粉体被氧化。

进一步地，在上述方案中，所述步骤s4中，所述送粉气流量为0.5-2.5l/min，保护气流量为15-30l/min；扫描功率为2200-4500w；激光移动的线速度为2-5mm/min；单层熔覆厚度为0.2-1.2mm。将送粉气流量、保护气流量、扫描功率、激光移动的线速度、单层熔覆厚度控制在上述参数范围是经发明人多次试验后产品性能合格、且效率可用于批量生产的参数范围。

进一步地，在上述方案中，所述步骤s4中，叠加熔覆铜cucr既定成分混合粉粉体，共熔覆1～25层，形成多层cucr复合触头，最高总熔覆厚度8mm。上述所限定的熔层数和熔覆厚度是经发明人试验过的数据，或许可以更高，但是该厚度对于我司的产品应用已经足够，因此没有做更高的熔覆试验，有兴趣的可以后面继续尝试。

更进一步优选地，在上述方案中，熔覆总厚度优选7mm。也就是说对于新的铜片我们可以在上面多层熔覆总厚度为7mm的cucr混合粉，形成复合触头，使用效果较好。

考虑到节约成本，可以在所生产的cucr复合触头使用之后重新按照所述熔覆方法在所述铜片基体上进行再次熔覆。也就是说对于客户使用失效后但铜基基本完整的触头，我们也可以折价回收，然后进行激光熔覆cucr混合粉修复到合格厚度，加工成较小规格的产品二次投入使用。

与现有制备方法相比，本发明的有益效果如下：

现有的的激光熔覆方案是在金属上涂粉膏，然后激光熔化完成熔覆过程，这个办法不能叠层加工，且无法批量；或者是在已经成型的成品表面使用激光熔覆一层较厚镀层，起到防氧化或者耐腐蚀作用，而并非整个工作层厚全部使用激光熔覆完成。而本发明中的激光熔覆法可以代替现有的熔铸和电弧熔炼法生产cucr触头，是以混合好的cucr粉高速熔覆在铜片上的方式成型，可以同时进行多个产品一次性熔覆，具备可批量条件；且本发明的方法加工的触头金相cr颗粒发生二次细化，且弥散分布；细化后的cr颗粒粒径在2-10微米，导电率达到35％iacs以上，机械强度达到400mpa以上，硬度达到80-130hb，软化温度达到800-1000℃，也就是说，本发明提供的复合触点具有极好的导电、导热、耐腐蚀性及韧性等特点，因此被广泛应用于电力、散热、管道等领域，成为现代化工业技术发展的基础。

本发明设计研发的cucr复合触头，主要加工机加前道工序的毛坯件，尺寸形状没有限制。本发明提供的复合触头将cucr粉直接熔覆在铜片表面，符合廉价材料无效触头部分的代替，节约原材料的降低成本方式；粉末激光熔覆采用了锯切和熔覆两道工艺制程零件毛坯，之后即可进行车床加工，是一种新的触头生产工艺端；这种新技术制造的产品尤其是cucr25产品外观优良，硬度高，热处理后能达到很好的电导率；cr颗粒弥散均匀分布。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是应用本发明方法所制备的cucr复合触头的x50倍金相照片。

图3是应用本发明方法所制备的cucr复合触头的x1000倍金相照片。

具体实施方式

本发明提出的一种批量式激光熔覆生产cucr复合触头的制备方法，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。

实施例1

一种批量式激光熔覆生产cucr10复合触头的制备方法，包括以下步骤：

s1、cucr既定成分混合粉的配料：

按cr粉10wt％、雾化铜粉90wt％的质量百分比配比称取cr和雾化铜粉；cr粉的粉末粒度要求为30-55μm之间，雾化铜粉的粉末粒度要求为35-50μm之间；粉体的球形度要求大于80％。

s2、cucr既定成分混合粉的混粉：

将s1的cr粉和雾化铜粉按所述比例混合后，放入球磨机，先抽真空到10^-1pa，再充氢气保护，充氢气到0.6mpa，按球料比1:3球磨1h；

s3、铜锭预加工：

将准备熔覆的铜锭根据成品尺寸切成留有1/10加工余量的单片备用；

s4、在铜片上高速激光熔覆cucr既定成分混合粉：

采用高速激光熔覆技术加工，激光束垂直于铜基体表面进行扫描；扫描过程保护气和送粉气均使用惰性气体；所述送粉气流量为0.5l/min，保护气流量为15l/min；扫描功率为2200w；激光移动的线速度为2mm/min；单层熔覆厚度为1.2mm；

s5、熔覆好的样品进行热处理：

热处理工艺为：固溶温度为850℃，保温1h，时效温度为350度，保温3h；

s6、表面加工处理：

热处理后的样品按成品触头尺寸进行表面加工处理，达到设计最终要求表面粗糙度及精度即可。

实施例2

一种批量式激光熔覆生产cucr25复合触头的制备方法，包括以下步骤：

s1、cucr既定成分混合粉的配料：

按cr粉25wt％、雾化铜粉75wt％的质量百分比配比称取cr和雾化铜粉；cr粉的粉末粒度要求为30-55μm之间，雾化铜粉的粉末粒度要求为35-50μm之间；粉体的球形度要求大于80％。

s2、cucr既定成分混合粉的混粉：

将s1的cr粉和雾化铜粉按所述比例混合后，放入球磨机，先抽真空到10^-1pa，再充氢气保护，充氢气到0.6mpa，按球料比1:4球磨3h；

s3、铜锭预加工：

将准备熔覆的铜锭根据成品尺寸切成留有1/9加工余量的单片备用；

s4、在铜片上高速激光熔覆cucr既定成分混合粉：

采用高速激光熔覆技术加工，激光束垂直于铜基体表面进行扫描；扫描过程保护气和送粉气均使用惰性气体；所述送粉气流量为1.5l/min，保护气流量为24l/min；扫描功率为3500w；激光移动的线速度为3.5mm/min；单层熔覆厚度为1mm；

s5、熔覆好的样品进行热处理：

热处理工艺为：固溶温度为930℃，保温3h，时效温度为450度，保温5h；

s6、表面加工处理：

热处理后的样品按成品触头尺寸进行表面加工处理，达到设计最终要求表面粗糙度及精度即可。

实施例3

一种批量式激光熔覆生产cucr50复合触头的制备方法，包括以下步骤：

s1、cucr既定成分混合粉的配料：

按cr粉50wt％、雾化铜粉50wt％的质量百分比配比称取cr和雾化铜粉；cr粉的粉末粒度要求为30-55μm之间，雾化铜粉的粉末粒度要求为35-50μm之间；粉体的球形度要求大于80％。

s2、cucr既定成分混合粉的混粉：

将s1的cr粉和雾化铜粉按所述比例混合后，放入球磨机，先抽真空到10^-1pa，再充氢气保护，充氢气到0.6mpa，按球料比1:5球磨5h；

s3、铜锭预加工：

将准备熔覆的铜锭根据成品尺寸切成留有1/8加工余量的单片备用；

s4、在铜片上高速激光熔覆cucr既定成分混合粉：

采用高速激光熔覆技术加工，激光束垂直于铜基体表面进行扫描；扫描过程保护气和送粉气均使用惰性气体；所述送粉气流量为2.5l/min，保护气流量为30l/min；扫描功率为4500w；激光移动的线速度为5mm/min；单层熔覆厚度为1.2mm；

s5、熔覆好的样品进行热处理：

热处理工艺为：固溶温度为1100℃，保温5h，时效温度为500度，保温8h；

s6、表面加工处理：

热处理后的样品按成品触头尺寸进行表面加工处理，达到设计最终要求表面粗糙度及精度即可。

实施例4

其余操作及工艺参数与实施例2均相同，不同之处在于，步骤s4中，在单层铜片上3次叠加熔覆cucr既定成分混合粉粉体，熔覆共3层，形成3层cucr复合触头，每层厚度为1.2mm，总厚度为3.6mm。

实施例5

其余操作及工艺参数与实施例4均相同，不同之处在于，步骤s4中，熔覆共10层，形成10层cucr复合触头，每层厚度为0.6mm，总厚度为6mm。

实施例6

其余操作及工艺参数与实施例4均相同，不同之处在于，步骤s4中，熔覆共25层，形成25层cucr复合触头，每层厚度为0.2mm，总厚度为5mm。

实施例7

其余操作及工艺参数与实施例4均相同，不同之处在于，步骤s4中，熔覆共25层，形成25层cucr复合触头，每层厚度为0.32mm，总厚度为8mm。

实施例8

对于客户使用失效后但铜基基本完整的触头进行折价回收，然后进行激光熔覆cucr混合粉修复到4mm的合格厚度，加工成较小规格的产品二次投入使用。

按本发明实施例1至3所制备出的铜合金材料相关性能参数如表1所示：

表1实施例1-3制备的产品性能参数表

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。