CN114045482A - 一种在紫铜板上制备铜锌纳米复合涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在紫铜板上制备铜锌纳米复合涂层的方法，通过机械研磨法制备CuZn纳米粉体，粉体的尺寸在200‑600μm范围内，将紫铜板依次进行打磨、清洗、烘干处理，通过冷动力空气喷涂技术在紫铜板上制备CuZn纳米涂层。将涂层表面打磨、清洗、烘干后再进行激光重熔处理，激光发生器使用CO2激光器。本发明利用冷动力空气喷涂低温喷涂的特点，制备CuZn纳米复合涂层，涂层内部晶粒保持纳米结构；对纳米涂层进行激光重熔处理，使纳米晶界的细小裂纹得到有效焊合，使涂层内部气孔及杂质排除，并使涂层与基体截面之间的机械结合加强为冶金结合，另外，由于激光重熔快熔快冷的特点，纳米涂层仍然可以保持细小均匀的晶粒结构。
Description
技术领域
本发明属于喷涂制备及纳米技术领域，具体涉及一种在紫铜板上制备铜锌纳米复合涂层的方法。
背景技术
Cu涂层在电气设备中应用范围较大，相比Cu涂层，CuZn复合涂层具有更好的导电性及抗氧化性，具有更好的使用性能。关于CuZn涂层的制备，由于氰化物电镀液有毒，国家已经明确禁止使用氰化物做为电镀液制备CuZn涂层，采用电镀的方式制备CuZn涂层目前仍然没有形成较好的工艺技术。目前研究较多的方法是通过喷涂技术制备CuZn涂层，但喷涂制备的CuZn涂层存在涂层致密度低、涂层组织结构不均匀及结合强度低的问题一直没有得到有效解决。
冷动力空气喷涂是粒子被超音速气流加速到较高的速度（300-1200m/s），在完全固态下撞击基体，发生剧烈的塑性变形而沉积形成涂层的一种技术。与传统热喷涂工艺相比，冷喷涂工艺的典型特点是较低的工作气体温度（室温-600℃）。因此，冷喷涂工艺可以在不改变喷涂材料组织结构的前提下制备涂层，由于冷喷涂技术本身特性，有利于纳米涂层的制备。纳米材料由于小尺寸效应、表面效应及高能效应，纳米涂层具有晶粒细小均匀的特点，但纳米涂层普遍存在的问题是涂层内部存在细小裂纹，在透射电镜下观察，纳米涂层的微裂纹主要存在于纳米晶体界面之间，晶粒之间的结合仍未达到非常致密的程度，所以纳米晶体界面之间仍然存在微裂纹。激光重熔具有局部变形量小、热影响区可控，无需后处理等优点。适用于对等离子喷涂、冷喷涂表面再处理。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种在紫铜板上制备铜锌纳米复合涂层的方法。
技术方案：本发明所述的一种在紫铜板上制备铜锌纳米复合涂层的方法，包括如下步骤：
（1）制备纳米级CuZn复合粉体；
（2）对基体板进行预处理；
（3）将制备的复合粉末采用冷动力空气喷涂于基体板上，形成复合涂层；
（4）将复合涂层表面打磨、清洗、烘干后再进行激光重熔处理。
进一步的，步骤（1）制备具体如下：
在无水乙醇介质中，加微米尺寸Cu粉、Zn粉，粉末尺寸在200-600μm范围内，Cu粉与Zn粉的质量比为80:20，加入0.1wt.%的纳米铈粉，调整液固比为85 : 15。
进一步的，配料完成后装入不锈钢球磨罐中，在高能球磨机上以300 r/min的转速球磨10-13h，制备成纳米级CuZn复合粉体。
进一步的，步骤（2）预处理包括：打磨、清洗、烘干处理。
进一步的，所述基体板采用紫铜板。
进一步的，步骤（3）冷动力喷涂使用工业氮氦混合气体作为载气，喷涂厚度15μm。
进一步的，步骤（3）喷涂工艺包括：载气压力2.5-3.2MPa，预热温度300-400℃，喷涂距离20-40mm，送粉率20-25g/min。
进一步的，步骤（4）激光重熔采用CO2激光器。
进一步的，步骤（4）激光重熔工艺包括：激光功率3000W，光斑尺寸2-3.5mm，扫描速度150-250mm/min。
有益效果：本发明的有益效果如下：
1、本发明利用冷动力空气喷涂低温喷涂的特点，制备CuZn纳米复合涂层，涂层内部晶粒保持纳米结构；
2、对纳米涂层进行激光重熔处理，使纳米晶界的细小裂纹得到有效焊合，使涂层内部气孔及杂质排除，并使涂层与基体截面之间的机械结合加强为冶金结合，另外，由于激光重熔快熔快冷的特点，纳米涂层仍然可以保持细小均匀的晶粒结构；
3、本发明通过机械研磨法制备纳米粉体，结合冷动力空气喷涂及激光重熔制备CuZn纳米复合涂层，制备工艺效率高、成本较低，适合工业化大生产使用。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过具体的实施例子对本发明做进一步的详细描述。
实施例1
一种在紫铜板上制备铜锌纳米复合涂层的方法，包括如下步骤：
（1）制备纳米级CuZn复合粉体：
在无水乙醇介质中，加微米尺寸Cu粉、Zn粉，粉末尺寸在200-600μm范围内，Cu粉与Zn粉的质量比为80:20，加入0.1wt.%的纳米铈粉，调整液固比为85 : 15；配料完成后装入不锈钢球磨罐中，在高能球磨机上以300 r/min的转速球磨10-13h，制备成纳米级CuZn复合粉体。
（2）对紫铜板进行预处理：
打磨、清洗、烘干处理，具体是在自动研磨机200钼砂纸上打磨3-5分钟，在用2000钼砂纸打磨3-5分钟，用超声波清洗器酒精溶液中清洗3-5分钟，在烘箱设置80-100℃烘烤10-15分钟。
（3）将制备的复合粉末采用冷动力空气喷涂于紫铜板上，冷动力喷涂使用工业氮氦混合气体作为载气，喷涂厚度15μm，形成复合涂层，喷涂工艺包括：
载气压力3MPa，预热温度300℃，喷涂距离20mm，送粉率20g/min。
（4）将复合涂层表面打磨、清洗、烘干后再进行激光重熔处理，激光重熔采用CO2激光器，激光重熔工艺包括：
激光功率3000W，光斑尺寸2mm，扫描速度150mm/min。
将制备好的涂层进行性能测试。
实施例2
一种在紫铜板上制备铜锌纳米复合涂层的方法，包括如下步骤：
（1）制备纳米级CuZn复合粉体：
在无水乙醇介质中，加微米尺寸Cu粉、Zn粉，粉末尺寸在200-600μm范围内，Cu粉与Zn粉的质量比为80:20，加入0.1wt.%的纳米铈粉，调整液固比为85 : 15；配料完成后装入不锈钢球磨罐中，在高能球磨机上以300 r/min的转速球磨10-13h，制备成纳米级CuZn复合粉体。
（2）对紫铜板进行预处理：
打磨、清洗、烘干处理，具体是在自动研磨机200钼砂纸上打磨3-5分钟，在用2000钼砂纸打磨3-5分钟，用超声波清洗器酒精溶液中清洗3-5分钟，在烘箱设置80-100℃烘烤10-15分钟。
（3）将制备的复合粉末采用冷动力空气喷涂于紫铜板上，冷动力喷涂使用工业氮氦混合气体作为载气，喷涂厚度15μm，形成复合涂层，喷涂工艺包括：
载气压力3MPa，预热温度300℃，喷涂距离25mm，送粉率22g/min。
（4）将复合涂层表面打磨、清洗、烘干后再进行激光重熔处理，激光重熔采用CO2激光器，激光重熔工艺包括：
激光功率3000W，光斑尺寸3mm，扫描速度170mm/min。
将制备好的涂层进行性能测试。
实施例3
一种在紫铜板上制备铜锌纳米复合涂层的方法，包括如下步骤：
（1）制备纳米级CuZn复合粉体：
在无水乙醇介质中，加微米尺寸Cu粉、Zn粉，粉末尺寸在200-600μm范围内，Cu粉与Zn粉的质量比为80:20，加入0.1wt.%的纳米铈粉，调整液固比为85 : 15；配料完成后装入不锈钢球磨罐中，在高能球磨机上以300 r/min的转速球磨10-13h，制备成纳米级CuZn复合粉体。
（2）对紫铜板进行预处理：
打磨、清洗、烘干处理，具体是在自动研磨机200钼砂纸上打磨3-5分钟，在用2000钼砂纸打磨3-5分钟，用超声波清洗器酒精溶液中清洗3-5分钟，在烘箱设置80-100℃烘烤10-15分钟。
（3）将制备的复合粉末采用冷动力空气喷涂于紫铜板上，冷动力喷涂使用工业氮氦混合气体作为载气，喷涂厚度15μm，形成复合涂层，喷涂工艺包括：
载气压力2.5MPa，预热温度320℃，喷涂距离28mm，送粉率20g/min。
（4）将复合涂层表面打磨、清洗、烘干后再进行激光重熔处理，激光重熔采用CO2激光器，激光重熔工艺包括：
激光功率3000W，光斑尺寸3.2mm，扫描速度200mm/min。
将制备好的涂层进行性能测试。
实施例4
一种在紫铜板上制备铜锌纳米复合涂层的方法，包括如下步骤：
（1）制备纳米级CuZn复合粉体：
在无水乙醇介质中，加微米尺寸Cu粉、Zn粉，粉末尺寸在200-600μm范围内，Cu粉与Zn粉的质量比为80:20，加入0.1wt.%的纳米铈粉，调整液固比为85 : 15；配料完成后装入不锈钢球磨罐中，在高能球磨机上以300 r/min的转速球磨10-13h，制备成纳米级CuZn复合粉体。
（2）对紫铜板进行预处理：
打磨、清洗、烘干处理，具体是在自动研磨机200钼砂纸上打磨3-5分钟，在用2000钼砂纸打磨3-5分钟，用超声波清洗器酒精溶液中清洗3-5分钟，在烘箱设置80-100℃烘烤10-15分钟。
（3）将制备的复合粉末采用冷动力空气喷涂于紫铜板上，冷动力喷涂使用工业氮氦混合气体作为载气，喷涂厚度15μm，形成复合涂层，喷涂工艺包括：
载气压力2.5MPa，预热温度350℃，喷涂距离32mm，送粉率25g/min。
（4）将复合涂层表面打磨、清洗、烘干后再进行激光重熔处理，激光重熔采用CO2激光器，激光重熔工艺包括：
激光功率3000W，光斑尺寸3.5mm，扫描速度220mm/min。
将制备好的涂层进行性能测试。
对上述四个实例中样品分别进行涂层孔隙率、结合强度及晶粒度测试，结果如表1所示。
表1涂层技术指标
注：结合强度为拉断黏接胶所测实际强度
从实例测试情况来看，通过本发明制备的CuZn纳米复合涂层致密度高，晶粒度细小均匀，结合强度较高。
本发明将冷动力空气喷涂技术、纳米技术及激光重熔技术有效结合，在紫铜板上制备CuZn涂层。通过冷动力喷涂技术喷涂过程中低温的特点，制备纳米CuZn涂层。再通过激光重熔技术快熔快冷的特征，使涂层内的纳米晶快速长大结合，消除涂层中的细小裂纹；基体与涂层间界面因激光重熔后由冷动力学涂层的机械结合加强成为冶金结合。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种在紫铜板上制备铜锌纳米复合涂层的方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）制备纳米级CuZn复合粉体；
（2）对基体板进行预处理；
（3）将制备的复合粉末采用冷动力空气喷涂于基体板上，形成复合涂层；
（4）将复合涂层表面打磨、清洗、烘干后再进行激光重熔处理。
2.根据权利要求1所述的一种在紫铜板上制备铜锌纳米复合涂层的方法，其特征在于：步骤（1）制备具体如下：
在无水乙醇介质中，加微米尺寸Cu粉、Zn粉，粉末尺寸在200-600μm范围内，Cu粉与Zn粉的质量比为80:20，加入0.1wt.%的纳米铈粉，调整液固比为85 : 15。
3.根据权利要求2所述的一种在紫铜板上制备铜锌纳米复合涂层的方法，其特征在于：配料完成后装入不锈钢球磨罐中，在高能球磨机上以300 r/min的转速球磨10-13h，制备成纳米级CuZn复合粉体。
4.根据权利要求1所述的一种在紫铜板上制备铜锌纳米复合涂层的方法，其特征在于：步骤（2）预处理包括：打磨、清洗、烘干处理。
5.根据权利要求1所述的一种在紫铜板上制备铜锌纳米复合涂层的方法，其特征在于：所述基体板采用紫铜板。
6.根据权利要求1所述的一种在紫铜板上制备铜锌纳米复合涂层的方法，其特征在于：步骤（3）冷动力喷涂使用工业氮氦混合气体作为载气，喷涂厚度15μm。
7.根据权利要求1所述的一种在紫铜板上制备铜锌纳米复合涂层的方法，其特征在于：步骤（3）喷涂工艺包括：载气压力2.5-3.2MPa，预热温度300-400℃，喷涂距离20-40mm，送粉率20-25g/min。
8.根据权利要求1所述的一种在紫铜板上制备铜锌纳米复合涂层的方法，其特征在于：步骤（4）激光重熔采用CO2激光器。
9.根据权利要求1所述的一种在紫铜板上制备铜锌纳米复合涂层的方法，其特征在于：步骤（4）激光重熔工艺包括：激光功率3000W，光斑尺寸2-3.5mm，扫描速度150-250mm/min。
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|---|---|---|---|---|
| WO2015192396A1 (zh) * | 2014-06-18 | 2015-12-23 | 浙江工业大学 | 一种金属基/金刚石激光复合涂层及其制备方法 |
| CN110699626A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-01-17 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种抗空蚀用热喷涂金属陶瓷涂层的激光重熔方法 |
-
2021
- 2021-10-26 CN CN202111246398.3A patent/CN114045482B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015192396A1 (zh) * | 2014-06-18 | 2015-12-23 | 浙江工业大学 | 一种金属基/金刚石激光复合涂层及其制备方法 |
| CN110699626A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-01-17 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种抗空蚀用热喷涂金属陶瓷涂层的激光重熔方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| "激光重熔与冷喷涂复合工艺制备的镍铝青铜基涂层耐腐蚀性能研究", 表面工程与再制造, pages 28 - 32 * |
| 陈利修;陈铭;: "冷喷涂Cu-Zn-Al_2O_3修复斯太尔发动机水道腐蚀区域的涂层性能分析", 机械设计与研究, no. 01, pages 77 - 82 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114045482B (zh) | 2024-01-16 |
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