钢表面沉积铜方法.pdf

本发明涉及在基体钢表面沉积铜的方法。
    金属材料表面防腐及改性是表面工程领域一项重要工程技术，常用的防腐及改性方法有：表面处理（氧化、磷化等），表面渗、涂镀层等。尽管以上工艺正被生产部门广泛采用，但是它们存在生产周期长，工艺复杂、质量难以控制等缺点。本发明提出的方法与以上传统工艺均不相同，在沉积区域的选择和沉积层与基体的结合两个方面优于传统工艺，它是一项由物理和材料学科交叉而形成的新技术，是高能粒子束在材料学科领域中的一个新应用，是用激光来辐照金属涂覆表面，获得金属沉积层的新方法。

    本发明的目的在于克服以上传统工艺存在的缺点，将高能粒子束应用到材料学科领域，用激光束辐照金属涂覆表面，以获得金属沉积层的新方法，使其在沉积区域的选择和沉积层与基体的结合两个方面均优于传统工艺。

    本发明的上述目的可以通过以下技术方案实现：钢表面沉积铜方法，是先把铜基涂料均匀涂覆在清洗过的基体钢表面，以形成0.5-1.5mm涂料层，然后采用激光束辐射涂料层表面获得金属沉积膜。

    所说的铜基涂料是由SiO2、CuO、Re2O3和酚醛树脂以及酒精溶液组成，SiO2、CuO、Re2O3和酚醛树脂为固体添加剂，其比例为1-1.5∶2-2.5∶0.5-1∶2-2.5，这些固体添加剂与酒精溶液的比例为：在100ml酒精溶液中的重量范围为91.67-125克。

    本方案地优点是在激光束和涂覆表面相互作用下，可对涂覆层在短时间内注入高热量，使涂料内及涂料与基体之间的化学反应在短时内实现，可使化学反应完成的迅速彻底，也有利于沉积金属原子向基体内部扩散一定的微小距离，从而使沉积层与金属表面有良好冶金结合状态。

    下面结合附图详细说明上述方案及其实施例。附图中（1）为来自激光器的激光束，（2）为反射镜，其入射角接收激元束，通过其反射角反射出的激光束射向涂覆表面，（3）为涂覆表面，（4）为喷咀，（5）为被沉积的基体材料。本发明提供的在基体钢表面沉积铜方法，可按清洗、涂覆和辐照三步进行，首先对金属的沉积表面用5%左右的MaHO水溶液进行清洗。水温约50℃即可。然后按上述配比范围中选择适当的一种涂料配方涂覆在清洗过的金属表面上，然后用激光束（1）经反射镜（2）折射对涂覆表面（3）进行辐射，激光器输出功率，束班直径、移动度度视沉积金属种类、配方和沉积属厚度而定。在辐射过程中通过在涂覆层附近设置的喷咀（4）向激光辐射处吹保护气体（如氮气、氩气等）按此方案只要在几十秒钟就可以在金属表面上得到金属沉积膜。

    下面以20＃钢表面沉积铜为例说明本方法具体实施过程。先按表一配制涂料，然后把涂料涂覆在清洗过的20＃钢表面上，接着按附图所示：由激光器发出激光束（1），经折射镜（2）反射到涂覆表面（3）上进行辐射，激光器输出功率可为500W，激光束班为Φ＝30mm，功率密度为0.5-1.5瓦/mm2，经十几秒钟内就可在20＃表面形成厚度为3-5μm的Cu沉积层，沉积层与基体呈冶金结合状态。

    表一  涂料配方

    骨料  粘接剂  溶剂

    SiO2(1g) 酚醛树脂 工业酒精

    CuO(2g)

    Re2O3(0.5g) (2g) (6ml)