铜基表面铜钛合金涂层的机械合金化制备方法
技术领域
[0001] 本
发明属于材料制造方法技术领域，具体涉及一种铜基表面铜钛合金涂层的机械合金化制备方法。
背景技术
[0002] 金属铜由于具有良好的导热、
导电性及可加工性，被广泛应用于电气、
电子元件及机械零件等多个方面。但由于铜本身较低的强度特性，严重影响了其作为承载构件的使用。为了提高铜的强度、硬度及
耐磨性，表面涂层处理是一种常用的方法。其中铜钛合金作为一种高可靠度且高性能的环保材料，涂层后可使基体材料的硬度、强度更高，同时又保持较好的导电率及韧性。采用机械合金化方法进行铜基表面涂层处理工艺简单、容易控制、成本低廉，因此对于提高铜的使用性能、降低成本具有非常重要的意义。铜钛合金是典型的时效硬化合金，即钛
原子在铜中的
溶解度会随着
温度的变化而变化，后续的时效处理可有效调控性能，达到
力学性能与电性能之间的均衡，对于提高涂层的综合性能具有积极意义。
[0003] 目前，关于铜基表面涂层的研究，涉及到多种涂层材料及不同的涂层制备方法。其中，现有公知的制备铜基表面铜钛合金涂层的相关技术有：1)《用于紫铜表面的氮化钛/铜钛金属间化合物增强的涂层》(
申请号CN201610880641.X，公开号CN106400003A，公开日2017.02.15)；2)《一种金属铜防腐钛溶胶涂层及其制备方法》(申请号CN201610420320.1，公开号CN105907225A，公开日2016.08.31)；3)《一种二
硼化钛-铜韧性硬质涂层及其制备方法》(申请号CN201210576697.8，公开号CN103060653A，公开日2013.04.24)；
[0004] 已提出的铜基表面铜钛合金涂层的制备方案，主要包括氮弧熔覆、溶胶法、
磁控溅射等技术。所制备的铜钛涂层具有较好力学及电学性能，但其制备成本较高，同时涂层的致
密度较低，一定程度上影响了涂层的使用。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种铜基表面铜钛合金涂层的制备方法，通过
球磨机进行机械合金化，将铜、钛混合粉末涂覆于纯铜或
铜合金基体表面，制得铜钛合金涂层，并通
过热处理方法调控铜钛合金涂层的组织，获得了性能优良的铜钛合金涂层。
[0006] 本发明所采用的技术方案是，一种铜基表面铜钛合金涂层的机械合金化制备方法，按以下步骤进行：
[0007] 步骤1：铜基体预处理
[0008] 将铜基体表面打磨后用无
水乙醇进行超声清洗10min；
[0009] 步骤2：表面合金化
[0010] 步骤2.1：称取Cu粉、Ti粉，Cu粉和Ti粉的
质量比为94～98：2～6；
[0011] 步骤2.2：将步骤2.1称取的Cu粉、Ti粉以及步骤1清洁后的铜基体一起装入球磨罐中，然后加入过程控制剂进行球磨，得到预处理合金；
[0012] 步骤3：时效处理
[0013] 将表面合金化处理后的预处理合金进行时效处理：在400℃的
真空炉中时效处理180min后，随炉冷却至室温，取出样品，形成α-Cu4Ti稳定相；最后用无水乙醇超声清洗
30min即可。
[0014] 本发明的特点还在于，
[0015] 步骤2.2过程控制剂为无水乙醇，无水乙醇的添加量为Cu粉及Ti粉总质量的5～10％。
[0016] 球磨罐为不锈
钢罐，磨球为直径6mm大小
不锈钢球。
[0017] 步骤2.2球磨的球料比为10:1。
[0018] 步骤2.2球磨转速300～400r/min，球磨时采用球磨20min，空冷10min的循环方式，球磨时间为5～10h。
[0019] 步骤1中的铜基体可以替换为铜合金。
[0020] 本发明的有益效果是：本发明的一种铜基表面铜钛合金涂层的机械化制备方法通过机械合金化方法，将铜、钛混合粉末通过机械合金化方法在铜基体表面并形成铜钛合金涂层，同时在磨球的撞击下发生加工硬化从而提高了铜基体表面的强度、硬度及耐磨性，而铜基体表面所形成的铜钛合金相对于基体铜具有较好的耐
腐蚀性。经时效处理后铜基体表面的铜钛合金析出金属间化合物，产生析出强化效果，在保证材料一定导电性的同时，进一步提高了铜基体表面的强度、硬度及耐磨性，制备方法简单，成本低廉。
附图说明
[0021] 图1是本发明方法
实施例2制得的铜钛合金覆层截面扫描电镜形貌图；
具体实施方式
[0022] 下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0023] 一种铜基表面铜钛合金涂层的机械化制备方法，具体按照以下步骤实施，[0024] 步骤1：铜基体预处理
[0025] 将纯铜基体制得的简单形状试样，对其表面打磨后用无水乙醇进行超声清洗10min。
[0026] 步骤2：表面合金化
[0027] 采用球磨罐体积200ml的不锈钢罐，粉末的Cu、Ti质量比为94～98：2～6，磨球材料为直径6mm大小不锈钢球，取球料比为10:1。用电子天平称取原始粉末30g，球磨时间均为5～10h。将基体试样、配制的粉末和磨球一同放入球磨罐中，加入过程控制剂无水乙醇5～10wt.％，抽真空，设定球磨转速300～400r/min，并且在球磨时采用球磨20min，空冷10min的球磨方式，以避免连续球磨后球磨罐中所产生的高温。经表面合金化后，形成铜钛合金的表面涂层。
[0028] 球磨过程中，球磨时间越长，球磨转速越高，所制备的涂层致密度越大，硬化越明显，结合强度越好，但涂层表面脆性也相对较高。也可以在氩气环境进行高能球磨。
[0029] 步骤3：时效处理
[0030] 将表面合金化处理后的试样进行时效处理。在真空炉中400℃时效180min后，然后随炉冷却至室温，取出样品，形成α-Cu4Ti稳定相。用无水乙醇超声清洗30min。
[0031] 实施例1
[0032] 将铜基体制得的简单形状试样，表面打磨后用无水乙醇超声清洗10min；采用球磨罐体积200ml的不锈钢罐，粉末的Cu、Ti质量比为94：6，磨球为直径6mm大小不锈钢球，取球料比为10:1。用电子天平称取原始粉末30g，球磨时间为5h。将制好的基体试样、粉末和磨球一同放入球磨罐中进行球磨，加入5wt.％的过程控制剂无水乙醇，抽真空，设定球磨转速300r/min，并且在球磨时采用球磨20min，空冷10min的球磨方式，以避免连续球磨后球磨罐中所产生的高温。经表面合金化后，形成铜钛合金的表面涂层。将表面合金化处理后的试样在真空炉中加热至400℃时效处理180min后，然后随炉冷却至室温，取出样品，形成α-Cu4Ti稳定相。进行表面
超声波清洗，形成铜基材料的铜钛合金表面涂层。
[0033] 实施例2
[0034] 将铜基体制得的简单形状试样，表面打磨后用无水乙醇超声清洗10min；采用球磨罐体积200ml的不锈钢罐，粉末的Cu、Ti质量比为98：4，磨球为直径6mm大小不锈钢球，取球料比为10:1。用电子天平称取原始粉末30g，球磨时间为8h。将制好的基体试样、粉末和磨球一同放入球磨罐中进行球磨，加入10wt.％的过程控制剂无水乙醇，抽真空，设定球磨转速300r/min，并且在球磨时采用球磨20min，空冷10min的球磨方式，以避免连续球磨后球磨罐中所产生的高温。经表面合金化后，形成铜钛合金的表面涂层。将表面合金化处理后的试样在真空炉中加热至400℃时效处理180min后，然后随炉冷却至室温，取出样品，形成α-Cu4Ti稳定相。进行表面
超声波清洗，形成铜基材料的铜钛合金表面涂层。
[0035] 实施例3
[0036] 将铜基体制得的简单形状试样，表面打磨后用无水乙醇超声清洗10min；采用球磨罐体积200ml的不锈钢罐，粉末的Cu、Ti质量比为94：2，磨球为直径6mm大小不锈钢球，取球料比为10:1。用电子天平称取原始粉末30g，球磨时间为10h。将制好的基体试样、粉末和磨球一同放入球磨罐中进行球磨，加入8wt.％的过程控制剂无水乙醇，抽真空，设定球磨转速400r/min，并且在球磨时采用球磨20min，空冷10min的球磨方式，以避免连续球磨后球磨罐中所产生的高温。经表面合金化后，形成铜钛合金的表面涂层。将表面合金化处理后的试样在真空炉中加热至400℃时效处理180min后，然后随炉冷却至室温，取出样品，形成α-Cu4Ti稳定相。进行表面超声波清洗，形成铜基材料的铜钛合金表面涂层。
[0037] 实施例4
[0038] 将铜基体制得的简单形状试样，表面打磨后用无水乙醇超声清洗10min；采用球磨罐体积200ml的不锈钢罐，粉末的Cu、Ti质量比为96：4，磨球为直径6mm大小不锈钢球，取球料比为10:1。用电子天平称取原始粉末30g，球磨时间为6h。将制好的基体试样、粉末和磨球一同放入球磨罐中进行球磨，加入10wt.％的过程控制剂无水乙醇，抽真空，设定球磨转速400r/min，并且在球磨时采用球磨20min，空冷10min的球磨方式，以避免连续球磨后球磨罐中所产生的高温。经表面合金化后，形成铜钛合金的表面涂层。将表面合金化处理后的试样在真空炉中加热至400℃时效处理180min后，然后随炉冷却至室温，取出样品，形成α-Cu4Ti稳定相。进行表面超声波清洗，形成铜基材料的铜钛合金表面涂层。
[0039] 实施例5
[0040] 将铜基体制得的简单形状试样，表面打磨后用无水乙醇超声清洗10min；采用球磨罐体积200ml的不锈钢罐，粉末的Cu、Ti质量比为94：2，磨球为直径6mm大小不锈钢球，取球料比为10:1。用电子天平称取原始粉末30g，球磨时间为10h。将制好的基体试样、粉末和磨球一同放入球磨罐中进行球磨，加入5wt.％的过程控制剂无水乙醇，抽真空，设定球磨转速400r/min，并且在球磨时采用球磨20min，空冷10min的球磨方式，以避免连续球磨后球磨罐中所产生的高温。经表面合金化后，形成铜钛合金的表面涂层。将表面合金化处理后的试样在真空炉中加热至400℃时效处理180min后，然后随炉冷却至室温，取出样品，形成α-Cu4Ti稳定相。进行表面超声波清洗，形成铜基材料的铜钛合金表面涂层。
[0041] 由图1铜钛合金覆层截面扫描电镜形貌图可以看出，本发明方法所制备的铜钛合金涂层致密，厚度均匀。
