一種電子束熔覆工藝製備銅鉻複合觸頭材料的方法與流程
2023-10-21 11:36:47 1
本發明涉及銅鉻複合觸頭材料製造技術領域，具體是涉及一種電子束熔覆工藝製備銅鉻複合觸頭材料的方法。
背景技術：
現有技術中，製備銅鉻複合觸頭材料的方法主要是採用真空感應熔煉工藝，但真空感應熔煉工藝具有以下缺點：1)真空感應熔煉工藝製備電觸頭材料時由於坩堝脫落會引起夾雜；2)真空感應熔煉工藝製備由觸頭片的邊部至中心，金相組織中鉻顆粒逐漸增大，組織均勻性不一致；3)真空感應熔煉工藝製備過程坩堝放氣，導致氣體含量偏高；4)真空感應熔煉工藝無法製備「銅鉻-銅」複合觸頭。
電子束表面處理以其能量利用率高、工藝可靠性好、無汙染等優點獲得了廣泛應用。電子束合金化是採用高能量密度的電子束作用在基體預鋪覆的合金化粉料表面，通過控制電子束熔覆工藝參數使得合金化粉料全熔基體微熔，將一種或多種合金物質熔入金屬表面薄層熔區，使之發生物理變化或化學變化反應，在金屬表面製備具有特定合金成分及特定性能的改性層。電子束在極短的時間內使金屬表面或內部材料迅速加熱熔化，並藉助於冷態基體迅速冷卻的工藝，能獲得一般冷卻速度下無法得到的化合物、過飽和固溶體、微晶。
技術實現要素：
本發明解決的技術問題是，現有的製備銅鉻複合觸頭材料的工藝存在著組織粗大不均勻、組織夾雜，材料純淨度低、氣體含量偏高、無法製備「銅鉻-銅」複合觸頭及導電性差的問題，提供一種電子束熔覆工藝製備銅鉻複合觸頭材料的方法。
本發明的技術方案是：一種電子束熔覆工藝製備銅鉻複合觸頭材料的方法，所述方法包括以下步驟：
1)基體材料製備：將無氧銅塊通過機械加工設備製成所需形狀；
2)鋪覆粉製備：將銅粉和鉻粉按重量Cu粉：Cr粉＝(9:1)-(5:5)的配比混合得到銅鉻合金混合粉，再添加無水乙醇，用銅球進行球磨混粉3-10小時，得到鋪覆粉；
3)鋪覆：將混好後的鋪覆粉鋪覆在無氧銅塊表面，厚度在1-4mm；
4)壓制：使用壓力機壓制鋪覆層，然後自然風乾或烘乾；
5)抽真空：將壓制後樣品置於電子束設備內，抽真空至10-2pa級以下；
6)電子束掃描：選取合適的加速電壓、加速電流、脈衝頻率、聚焦電流、下束時間等工藝參數，對樣品表面進行掃描處理，通過電子束掃描熔化鋪覆的銅鉻粉末並使無氧銅基體表面微熔，二者之間形成冶金結合。
進一步地，在上述方案中，所述無氧銅塊純度≥99.95％，Cr粉純度≥99.0％，Cu粉純度≥99.7％。
進一步地，在上述方案中，所述Cr粉粒徑為100-400微米，所述Cu粉粒徑為400微米以下。
進一步地，在上述方案中，所述的球磨混粉過程中，按重量計，銅鉻合金混合粉：銅球：無水乙醇＝100：100：1，製備的產品組織均勻、細小。
進一步地，在上述方案中，所述壓力機的壓力控制在15-95kN，使鋪覆粉初步與基材結合。
進一步地，在上述方案中，所述加速電壓控制在30-60kV、加速電流控制在10-120mA、脈衝頻率控制在50-400HZ、聚焦電流控制在50-400mA、下束時間控制在10-40S。
優選地，所述加速電壓控制在45kV、加速電流控制在65mA、脈衝頻率控制在200HZ、聚焦電流控制在220mA、下束時間控制在25S。通過高能量密度的電子束作用在銅鉻合金粉表面，使合金粉全熔，無氧銅塊表面微熔，熔化態的銅鉻合金部分融入無氧銅塊表面薄層熔區，使之發生冶金結合，然後依靠無氧銅塊導熱達到高速冷卻，從而得到組織細小均勻的銅鉻層。
本發明的有益效果是：本發明採用電子束熔覆工藝製備銅鉻複合觸頭材料，由於原材料不接觸坩堝，很好的避免了因坩堝脫落引起的夾雜和因坩堝放氣引起產品氣體含量偏高，同時由於冷卻迅速，保證了產品邊部到心部顆粒尺寸均勻細小。通過高能量密度的電子束作用在銅鉻合金粉表面，使合金粉全熔，無氧銅塊表面微熔，熔化態的銅鉻合金部分融入無氧銅塊表面薄層熔區，使「銅鉻層」與「銅層」冶金結合，保證了結合強度，同時在使用中各自發揮其材料優勢。
具體實施方式
實施例1
一種電子束熔覆工藝製備銅鉻複合觸頭材料的方法，所述方法包括以下步驟：
1)基體材料製備：將無氧銅塊通過機械加工設備製成所需形狀，無氧銅塊純度≥99.95％；
2)鋪覆粉製備：將銅粉和鉻粉按重量Cu粉：Cr粉＝9:1的配比混合得到銅鉻合金混合粉，Cr粉純度≥99.0％，Cu粉純度≥99.7％，Cr粉粒徑為100微米，Cu粉粒徑為380微米，再添加無水乙醇，按重量計，銅鉻合金混合粉：銅球：無水乙醇＝100：100：1，用銅球進行球磨混粉3小時，製備的產品組織均勻、細小得到鋪覆粉；
3)鋪覆：將混好後的鋪覆粉鋪覆在無氧銅塊表面，厚度在1mm；
4)壓制：使用壓力機壓制鋪覆層，壓力機的壓力控制在15kN，使鋪覆粉初步與基材結合，然後自然風乾或烘乾；
5)抽真空：將壓制後樣品置於電子束設備內，抽真空至10-2pa級以下；
6)電子束掃描：加速電壓控制在30kV、加速電流控制在10mA、脈衝頻率控制在50HZ、聚焦電流控制在50mA、下束時間控制在10S，對樣品表面進行掃描處理，通過高能量密度的電子束作用在銅鉻合金粉表面，使合金粉全熔，無氧銅塊表面微熔，熔化態的銅鉻合金部分融入無氧銅塊表面薄層熔區，使之發生冶金結合，然後依靠無氧銅塊導熱達到高速冷卻，從而得到組織細小均勻的銅鉻層。
實施例2
一種電子束熔覆工藝製備銅鉻複合觸頭材料的方法，所述方法包括以下步驟：
1)基體材料製備：將無氧銅塊通過機械加工設備製成所需形狀，無氧銅塊純度≥99.95％；
2)鋪覆粉製備：將銅粉和鉻粉按重量Cu粉：Cr粉＝7:3的配比混合得到銅鉻合金混合粉，Cr粉純度≥99.0％，Cu粉純度≥99.7％，Cr粉粒徑為250微米，Cu粉粒徑為300微米，再添加無水乙醇，按重量計，銅鉻合金混合粉：銅球：無水乙醇＝100：100：1，用銅球進行球磨混粉7小時，製備的產品組織均勻、細小得到鋪覆粉；
3)鋪覆：將混好後的鋪覆粉鋪覆在無氧銅塊表面，厚度在2mm；
4)壓制：使用壓力機壓制鋪覆層，壓力機的壓力控制在55kN，使鋪覆粉初步與基材結合，然後自然風乾或烘乾；
5)抽真空：將壓制後樣品置於電子束設備內，抽真空至10-2pa級以下；
6)電子束掃描：加速電壓控制在45kV、加速電流控制在65mA、脈衝頻率控制在200HZ、聚焦電流控制在220mA、下束時間控制在25S，對樣品表面進行掃描處理，通過高能量密度的電子束作用在銅鉻合金粉表面，使合金粉全熔，無氧銅塊表面微熔，熔化態的銅鉻合金部分融入無氧銅塊表面薄層熔區，使之發生冶金結合，然後依靠無氧銅塊導熱達到高速冷卻，從而得到組織細小均勻的銅鉻層。
實施例3
一種電子束熔覆工藝製備銅鉻複合觸頭材料的方法，所述方法包括以下步驟：
1)基體材料製備：將無氧銅塊通過機械加工設備製成所需形狀，無氧銅塊純度≥99.95％；
2)鋪覆粉製備：將銅粉和鉻粉按重量Cu粉：Cr粉＝5:5的配比混合得到銅鉻合金混合粉，Cr粉純度≥99.0％，Cu粉純度≥99.7％，Cr粉粒徑為400微米，Cu粉粒徑為100微米，再添加無水乙醇，按重量計，銅鉻合金混合粉：銅球：無水乙醇＝100：100：1，用銅球進行球磨混粉10小時，製備的產品組織均勻、細小得到鋪覆粉；
3)鋪覆：將混好後的鋪覆粉鋪覆在無氧銅塊表面，厚度在4mm；
4)壓制：使用壓力機壓制鋪覆層，壓力機的壓力控制在95kN，使鋪覆粉初步與基材結合，然後自然風乾或烘乾；
5)抽真空：將壓制後樣品置於電子束設備內，抽真空至10-2pa級以下；
6)電子束掃描：加速電壓控制在60kV、加速電流控制在120mA、脈衝頻率控制在400HZ、聚焦電流控制在400mA、下束時間控制在40S，對樣品表面進行掃描處理，通過高能量密度的電子束作用在銅鉻合金粉表面，使合金粉全熔，無氧銅塊表面微熔，熔化態的銅鉻合金部分融入無氧銅塊表面薄層熔區，使之發生冶金結合，然後依靠無氧銅塊導熱達到高速冷卻，從而得到組織細小均勻的銅鉻層。
最後應該說明的是，通過以上實施例所述，可較好地實施本發明，但上述實施例僅為本發明的較佳實施例，並非用來限定本發明的實施範圍；即凡依本發明內容所作的均等變化和修飾，都為本發明權利要求所要求保護的範圍所涵蓋。