工艺突破:铜和铜合金表面bv1946韦德熔覆制备功能涂层

来源:中科煜宸    关键词:bv1946韦德熔覆, 案例, 铜合金,    发布时间:2019-06-25

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铜和铜合金由于具备良好的导电导热性能及机械加工性能,在机械制造、电器电子、冶金、海洋装备等众多领域得到广泛应用。随着工业的发展,传统的铜性能已无法满足使用条件,尤其是在一些特殊的领域,严苛的服役环境对铜件的性能提出了更高要求,例如要求高强高导电性的电磁炮导轨,要求高耐磨、高耐热性的连铸结晶器,铝板轧制生产线的铜轧辊等,在生产过程中,铜表面要不断地经受高温、高压或强磨损,工作环境极其恶劣。提高铜合金表面性能的方法有电镀、铸渗、热喷涂等,这些方法在一定程度上都存在一定缺陷,电镀对环境造成较严重污染、铸渗易产生气孔缺陷、热喷涂界面难以达到冶金结合,反复热冲击涂层易脱落。


图1 传统工艺方式存在的缺陷


bv1946韦德熔覆作为表面改性的一种重要手段,具有灵活性高、对工件热影响小、涂层与基体结合强度高等优点,通过该技术可以得到组织细密、性能优良的涂层。但是,由于铜表面对bv1946韦德束具有较高的反射率,所以在铜表面做bv1946韦德熔覆较为困难。

本文为中科煜宸针对连铸结晶器、铜轧辊表面bv1946韦德熔覆制备功能涂层所做的部分工作进行简单阐述。

利用体式显微镜、金相显微镜对bv1946韦德熔覆层表面形貌特征、涂层截面显微组织特征和界面结合状态进行分析,利用能谱分析(EDS,Nano Xflash Detector 5010,Bruker)对熔覆层化学成分进行研究,利用维氏显微硬度仪(SHIMAZDZU)对涂层显微硬度进行表征。

熔覆层宏观形貌


(a)


(b)

图2 不同工艺参数下bv1946韦德熔覆层表面形貌

(a)


(b)


(c)


(d)

图3 不同工艺参数下bv1946韦德熔覆层截面形貌


熔覆层显微组织及界面结合状态

采用金相显微镜对Cu基体及bv1946韦德熔覆层显微组织进行观察,分析发现熔覆层组织细小致密,主要由枝晶及细小的等轴晶组成。熔覆层未见气孔、裂纹等缺陷产生,在界面位置熔覆层组织更加细小,且在熔覆层底部出现明显的驼峰现象。

(a)Cu基体显微组织50×

(b)熔覆层底部显微组织10×

(c)熔覆层底部界面显微组织50×


图5 熔覆层表面显微组织形貌及晶粒度分析50×

利用能谱分析(EDS,Nano Xflash Detector 5010,Bruker)对熔覆层及Cu基体化学成分进行研究,分析发现Cu元素由基体越过界面向熔覆层表面逐步扩散,元素含量逐步降低;Ni元素由熔覆层越过界面向Cu基体扩散,此外,Cr元素由熔覆层也向Cu基体扩散。因此可见,熔覆层元素与Cu基体元素在界面位置发生元素的相互扩散,实现了界面区域良好的冶金结合。



Cu


Ni

Cr

图6 熔覆层能谱分析(Cu、Ni、Cr元素)

熔覆层显微硬度

(a)不同功率P熔覆层显微硬度值


(b)不同粉体材料熔覆层显微硬度值

图7 不同工艺参数熔覆层显微硬度测试


研究了不同bv1946韦德功率P、不同扫描速度v、不同送粉量S及不同Ar气保护流量等参数对铜表面bv1946韦德熔覆层性能的影响,图7(a)为不同bv1946韦德功率P条件下的熔覆层显微硬度曲线图,图7(b)为不同粉体材料熔覆层显微硬度曲线图。


应用案例

中科煜宸采用自主研发的铜和铜合金专用bv1946韦德熔覆装备,对铝板轧制铍青铜辊进行表面熔覆层制备。装备主要包括bv体育app、光纤、水冷机、KUKA机械手、送粉器、专用加工头、转台等。


图8 中科煜宸铜和铜合金bv1946韦德熔覆装备

该套装备相比传统bv1946韦德熔覆装备具有以下特点:

◆自动化程度高

◆装备性能稳定

◆加工过程bv1946韦德熔池稳定

◆单位面积热输入量低

◆涂层熔覆效率高

此外,在粉体材料选择方面,该装备可以对Fe基、Ni基、Co基及陶瓷材料进行熔覆,解决了铜和铜合金表面对bv1946韦德束高反的难题,有效实现了铜表面bv1946韦德熔覆制备异种金属材料。



(a)bv1946韦德熔覆前


(b)bv1946韦德熔覆结束


(c)磨床磨削加工

图9 铜轧辊表面bv1946韦德熔覆制备耐磨涂层