一種銅鋁復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬加工技術領域，具體涉及一種銅鋁復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 所有導體材料中，貴金屬最適于制作電氣產品的接觸面導電材料，其中銀材料所 占比例很大，電氣產品上的Ag及Ag合金不僅用量大，而且在使用過程中Ag基觸頭易硫化， 易磨損，壽命波動較大，報廢電器上所剩余的白銀或銀合金觸頭，由于分散也難于回收，普 遍認為，替代Ag作為導電材料最合適的是Cu，因為Cu具有與Ag相近的物理、化學、電學等 性能，作為電接觸材料，Cu有著導電導熱性好、抗電弧侵蝕、價格低廉等優(yōu)勢。
[0003] 目前，高壓電氣開關產品很大一部分采用的是表面鍍銅工藝。但對于鋁及鋁合金 件，由于其與氧有較高的親和力，在電鍍前需要在堿液中溶解氧化膜，再用浸鋅法沉積薄鋅 層，有時需要二次浸鋅，再進行水洗-中和-氰化鍍銅-水洗等工序。電鍍過程中，金屬離 子電解液易與鋁制件發(fā)生置換反應，得到疏松、粗糙的鍍層，并且嚴重影響鍍層與基體金屬 結核強度。因此，中間鍍層采用化學浸鍍鋅方法必不可少。這樣，導致表面鍍銅時間較長， 工藝較為復雜，并且有污染物殘留，影響環(huán)境。
[0004] 熱噴涂方法是表面涂層制備的另一種技術，其中的電弧噴涂方法效率高，成本低， 利用燃燒于兩根連續(xù)送進的金屬絲之間的電弧來熔化金屬，用高速氣流把熔化的金屬霧 化，并對霧化的金屬粒子加速使它們噴向工件形成涂層。常見的電弧噴涂鋁、鋅、巴氏合金 等用于鋼鐵材料的耐腐蝕防護。由于不存在電解液或化學溶液，對環(huán)境無污染，并且熔化顆 粒與基體形成局部冶金結合，結合強度較高。但是不同的金屬材料結合性能不同，利用電弧 噴涂方法在金屬基體上噴涂金屬涂層，需要控制合適的噴涂電流、噴涂電壓、噴涂距離，送 絲速度等參數，來保證不同金屬之間的集合強度和噴涂涂層的質量。
[0005] 目前對于利用電弧噴涂方法制備高壓開關接觸面銅導電層尚未有研宄報道。 "十一五"期間，銀基、銅基和真空電觸頭材料發(fā)展迅速，產量以每年近20%的增長率增長， 產品總量在2010年達到1690噸，工業(yè)總產值14. 2億，隨著銀價的上漲，勢必會刺激一部分 擁有研發(fā)實力的企業(yè)開發(fā)無銀觸頭來降低成本，例如銅涂層可應用于部分高壓開關領域。 而電鍍銅工藝存在時間長、對環(huán)境有污染等問題，亟需開發(fā)新型的工藝在鋁合金基體上進 行銅涂層制備。因此研宄開發(fā)一種銅涂層電弧噴涂方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電鍍方法，具有重大的 實際意義。

【發(fā)明內容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明的目的之一在于提供一種表面銅涂層致密均勻 光亮，導電性好，與基體結合強度高的銅鋁復合材料。
[0007] 同時，本發(fā)明還在于提供一種成本低、環(huán)保無害銅鋁復合材料的制備方法。
[0008] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：
[0009] -種銅鋁復合材料，由以下方法制備而得：包括利用電弧噴涂裝置，在惰性氣體保 護氣氛中向鋁合金基體表面噴涂銅涂層，即得；所述電弧噴涂的噴涂電壓為30~5V，噴涂 距離為100~150mm，送絲速度為3~4m/min，電流為120~150A，壓縮氣體壓力為0. 65~ 0· 75MPa，壓縮氣體流量為L 6~2. 0m3/min。
[0010] 所述銅涂層的厚度為30-50 μm。
[0011] 所述噴涂時間為1~3min。
[0012] 所述噴涂采用的噴涂銅原材料為Φ 2. 0-Φ 3. Omm的純度為99. 85% -99. 99%的銅 絲。
[0013] 所述噴涂前鋁合金基體采用堿洗液進行表面清理，具體方法為，將堿洗液加熱至 70-80°C，將鋁合金基體置于堿液中3~5min，即完成鋁合金基體表面清理。
[0014] 所述堿洗液為質量濃度為3. 0-5. 0%的氫氧化鈉水溶液。
[0015] 所述噴涂前鋁合金基體采用有機溶劑進行表面清理。
[0016] 所述有機溶劑為丙酮或甲醇。
[0017] 所述噴涂前鋁合金基體進行表面粗化處理，具體方法為：使用磨粒對鋁合金基體 表面噴砂處理至基體表面出現(xiàn)銀白色金屬光澤后，高壓空氣清洗基體表面，即完成鋁合金 基體表面粗化處理。
[0018] 所述磨粒為180-200目氧化鋁。
[0019] 所述噴砂角度為75-90°，氣體壓力為0· 65-0. 75MPa，噴砂距離為100-150mm。
[0020] 一種銅鋁復合材料的制備方法，包括利用電弧噴涂裝置，在惰性氣體保護氣氛 中向鋁合金基體表面噴涂銅涂層，即得；所述電弧噴涂的噴涂電壓為30~5V，噴涂距離 為100~150mm，送絲速度為3~4m/min，電流為120~150A，壓縮氣體壓力為0· 65~ 0· 75MPa，壓縮氣體流量為L 6~2. 0m3/min。
[0021] 所述表面粗化處理后與噴涂的時間間隔< 2h。
[0022] 本發(fā)明銅鋁復合材料，采用在惰性氣體保護下，在鋁合金表面電弧噴涂銅涂層的 方式實現(xiàn)銅鋁復合，通過控制電弧噴涂的電流、電壓、送絲速度、壓縮氣體流量和速度、噴涂 距離等參數條件，使鋁合金基體表面噴涂的銅涂層不被氧化，且均勻致密，呈紫紅色光亮， 并且與基體結合強度高，導電性好，可用于高壓電器產品的制備。
[0023] 本發(fā)明銅鋁復合材料的制備方法，采用電弧噴涂的方式噴涂銅涂層，相比傳統(tǒng)的 電鍍和化學鍍的方法，該方法不存在電解液或化學溶液，對環(huán)境無污染，操作簡便，且噴涂 的銅涂層與鋁合金基體結合強度高。本發(fā)明制備方法通過控制電弧噴涂的參數條件，在短 時間內（1~3min)即可噴涂50 μm銅涂層，且涂層表面均勻致密，呈紫紅色光亮，快速省 時，節(jié)約成本。
【附圖說明】
[0024] 圖1為實施例1使用的氣氛保護裝置；
[0025] 圖2為實施例1制備的銅鋁復合材料表面的銅涂層；
[0026] 圖3為實施例1制備的銅鋁復合材料表面的銅涂層的微觀組織形貌；
[0027] 圖4為實施例1制備的銅鋁復合材料表面的銅涂層的X射線衍射圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但不構成對本發(fā)明的任何限 制。
[0029] 實施例1
[0030] 本實施例銅鋁復合材料，由以下方法制備而得，具體操作步驟如下：
[0031] 1)鋁合金基體表面處理：將厚度為3mm的40mmX 40mm鋁合金用丙酮去除表面油 污后，用180目氧化鋁磨粒對工件表面噴砂處理，噴砂角度為90°，氣體壓力0.7MPa，噴砂 距離為150mm，待表面完全出現(xiàn)銀白色金屬光澤后，完成鋁合金基體的表面處理；
[0032] 2)將表面處理后的鋁合金基體放入如圖1所示的長寬高為400X300mmX200mm 的一端開口的氣氛保護裝置中，使用Φ 2. Omm的純度為99. 85 %的銅絲作為噴涂原材料進 行電弧噴涂銅涂層，壓縮氣體來源為瓶裝氮氣