一种耐磨耐蚀高熵合金表面改性高强度铜合金的制备方法技术

本发明专利技术属于表面改性技术领域，具体涉及一种耐磨耐蚀高熵合金表面改性高强度铜合金的制备方法。其具体步骤包括：(1)固溶处理：在井式炉中升温至900‑1100℃，保温30min，在NaCl溶液中淬火处理；(2)强烈塑性变形处理：在超低温环境下对铜铬锆合金进行连续等通道变形(ECAP‑Conform)1‑8道次；(3)电镀高熵合金：使用超声脉冲法在变形后的合金表面制备高熵合金薄膜。本发明专利技术制备的薄膜均匀致密，具有强度高、耐磨性好、耐腐蚀性高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨耐蚀高熵合金表面改性高强度铜合金的制备方法
本专利技术涉及表面改性领域，具体涉及一种耐磨耐蚀高熵合金表面改性高强度铜合金的制备方法。
技术介绍
Cu-Cr-Zr铜合金因其具高强度、高导电、高导热的潜质一直都是铜合金系列研究领域的重点与热点。但是其表面硬度、耐磨耐蚀性能较差，使其在恶劣工作环境下工作使用寿命较短。因此需要改良其表面性能，使其具有高强度、优良的耐磨耐蚀的性能去面对恶劣的工作环境。脉冲通常是指电子技术中经常运用的一种像脉搏似的短暂起伏的电冲击(电压或电流)。主要特性有波形、幅度、宽度和重复频率。瞬间突然变化，作用时间极短的电压或电流称为脉冲信号。可以是周期性重复的，也可以是非周期性的或单次的。脉冲信号是一种离散信号，形状多种多样，与普通模拟信号(如正弦波)相比，波形之间在时间轴不连续(波形与波形之间有明显的间隔)，但具有一定的周期性是它的特点。在电镀液中进行超声脉冲，电导率会随着超声作用的时间延长而增大，表面张力及粘度会随着时间延长而减小且使用超生脉冲电镀的溶液浓度更加均匀，电镀效率更高。高熵合金(High-entropyalloys)简称HEA，是由五种或五种以上等量或大约等量金属形成的合金。有些高熵合金的比强度比传统合金好很多，而且抗断裂能力、抗拉强度、抗腐蚀及抗氧化特性都比传统的合金要好。制备高熵合金薄膜常用的方法有等离子喷涂法、激光熔覆法、电沉积法，但是这些工艺复杂且成本昂贵。因此，提供一种工艺简单、成本低廉的铜合金表面制备高熵合金薄膜成为一个亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种耐磨耐蚀高熵合金表面改性高强度铜合金的制备方法，该铜合金具有较高的强度、硬度和延展性等优异性能。本专利技术使用的铜铬锆合金成分(质量百分数)如下表：为了实现本专利技术的目的，提供的制备方法如下：(1)铜铬锆合金的固溶处理；在井式炉中以升温速度5℃/min，将温度升至900-1100℃，保温30min后，在NaCl溶液中淬火。将铜铬锆合金加热到高温单相区恒温保持，使合金相成分充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体。在5％的NaCl溶液中淬火可以使得铜铬锆合金获得比较高而且均匀的硬度。同时由于冷却均匀，变形开裂的倾向比清水小。(2)对经步骤(1)处理后的铜铬锆合金进行强烈塑性变形处理：在超低温环境下对铜铬锆合金进行连续等通道变形(ECAP-Conform)1-8道次，挤压速度为0.2-5rpm，同时通入液氮保持-130℃以下的超低温环境。通入液氮的环境下进行挤压在获得高强度的同时也保证了其导电率。(3)对经步骤(2)处理后的铜铬锆合金铣切成50×10×1mm3尺寸的薄片。(4)对经步骤(3)铣样处理后的薄片用1000目砂纸打磨至光亮，并使用酒精、蒸馏水清洗后置于FeMnCrNiZn混合电镀液中进行超声波脉冲电镀，超声脉冲电流密度5-15A/dm2，脉冲工作比为0.1-0.4，超声频率为20kHz-150kHz，电镀液温度控制在45℃，时间为1h。电镀液组成为：0.002-0.05mol/LFeSO4溶液，0.0002-0.005mol/LMnSO4溶液，0.002-0.05mol/LCrSO4溶液，0.002-0.05mol/LNiSO4溶液，0.004-0.1mol/LZnSO4溶液、0.02-0.4mol/LHBO3和0.0002-0.004mol/L十二烷基苯磺酸钠组成。其中，HBO3和十二烷基苯磺酸钠作为电镀添加剂。本专利技术可以通过控制超声频率、电流密度、脉冲工作比等参数，在超声环境下，电镀工作效率提高且电镀液的浓度更加均匀，电镀制得的高熵合金薄膜表面成分更加均匀。电镀得到的薄膜上的粒径尺寸大小约在0.2μm-0.8μm之间，薄膜厚度约为30μm-50μm。所得铜合金薄膜硬度为485-700HV，耐磨系数为0.16-0.4，磨损量为0.49-8.5mg，腐蚀电流密度相对于铜合金基体下降了1.1-2.6个数量级。本专利技术先对铜基材料强烈塑性变形大大提高了基体材料的强度，然后通过调节电镀液组成以及电镀液中加入添加剂的方式大大提高了电镀的效率和质量。本专利技术的有益效果：(1)通过液氮环境下的强烈塑性变形处理(ECAP-Conform)大大提高了铜基材料的强度。(2)在超声波脉冲的环境下进行电镀可通过控制波形、频率、通断比及平均电流密度等参数，从而可以获得高硬度薄膜。(3)本专利技术的电镀液中加入了HBO3、十二烷基苯磺酸钠作为添加剂对电镀的质量和效率都有很大的提升。(3)本专利技术的铜合金表面进行电镀薄膜方法简单且所制得的薄膜具有较高的硬度和耐磨耐磨性能，硬度最高达695HV，耐磨系数达0.168，磨损量仅为0.49mg,腐蚀电流密度相对于铜合金基体下降了2.52个数量级。相比较其他薄膜的强度、耐磨耐蚀性能都有很大地提升。具体实施方式本专利技术基于铜铬锆合金在井式炉中升温速度为5℃/min，将温度升至1000℃，保温30min的固溶处理下，在5％的NaCl溶液中淬火，挤压后将样品铣样成50*10*1mm3尺寸的薄片，电镀液温度为45℃、时间为1h的基础下，具体实施方式如下：实施例1铜合金固溶处理后在液氮的超低温环境下对铜铬锆合金进行连续等通道变形(ECAP-Conform)4道次，速度为2rpm。待变形处理后将铜铬锆合金铣样，使用超声脉冲法电镀FeMnCrNiZn高熵合金薄膜，超声频率为20kHz，电流密度为12A/dm2，脉冲工作比为0.3。电镀液组成为：0.002mol/LFeSO4溶液，0.0002mol/LMnSO4溶液，0.002mol/LCrSO4溶液，0.002mol/LNiSO4溶液，0.004mol/LZnSO4溶液，0.4mol/LHBO3、0.004mol/L十二烷基苯磺酸钠。获得的铜铬锆合金表面电镀FeMnCrNiZn高熵合金薄膜厚度为39μm，粒径尺寸为0.59μm，硬度为568HV。耐磨系数为0.31，磨损量为6.5mg。腐蚀电流密度相对于铜合金基体下降了1.5个数量级。实施例2铜合金固溶处理后在液氮的超低温环境下对铜铬锆合金进行连续等通道变形(ECAP-Conform)4道次，速度为2rpm。待变形处理后将铜铬锆合金铣样，使用超声脉冲法电镀电镀FeMnCrNiZn高熵合金薄膜，超声频率为100kHz，电流密度为12A/dm2，脉冲工作比为0.3。电镀液组成为：0.01mol/LFeSO4溶液，0.001mol/LMnSO4溶液，0.01mol/LCrSO4溶液，0.01mol/LNiSO4溶液，0.015mol/LZnSO4溶液，0.1mol/LHBO3、0.001mol/L十二烷基苯磺酸钠。获得的铜铬锆合金表面电镀FeMnCrNiZn高熵合金薄膜厚度为46μm，粒径尺寸为0.30μm，硬度为685HV。耐磨系数为0.17，磨损量为0.5mg。腐蚀电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐磨耐蚀高熵合金表面改性高强度铜合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤如下：/n(1)在井式炉中将铜合金升温后保温30min，在NaCl溶液中淬火处理；/n(2)对经步骤(1)淬火处理后的铜合金在超低温环境下进行连续等通道变形(ECAP-Conform)1-8道次；/n(3)用超声脉冲法对经步骤(2)强烈塑性变形处理后获得的铜合金进行电镀FeMnCrNiZn高熵合金薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐磨耐蚀高熵合金表面改性高强度铜合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤如下：
(1)在井式炉中将铜合金升温后保温30min，在NaCl溶液中淬火处理；
(2)对经步骤(1)淬火处理后的铜合金在超低温环境下进行连续等通道变形(ECAP-Conform)1-8道次；
(3)用超声脉冲法对经步骤(2)强烈塑性变形处理后获得的铜合金进行电镀FeMnCrNiZn高熵合金薄膜。


2.根据权利要求1所述的耐磨耐蚀高熵合金表面改性高强度铜合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的固溶处理升温速度保持5℃/min，温度控制在900-1100℃。


3.根据权利要求1所述的耐磨耐蚀高熵合金表面改性高强度铜合金的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述连续等通道变形挤压速度为0.2-5rpm，连续等通道变形在处于液氮的超低温环境中进行。


4.根据权利要求1所述的耐磨耐蚀高熵合金表面改性高强度铜合金的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述的电镀样品是在FeMnCrNiZn混合电镀液中进行超声波脉冲电镀。


5.根据权利要求4所述的耐磨耐蚀高熵合金表面改性高强度铜合金的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏伟，吴沆，魏坤霞，杜庆柏，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32