本发明涉及铜合金表面激光熔覆补强层，尤其是涉及一种基于铜合金表面冷喷涂的镍基合金补强层的制备方法。
背景技术：
1、因为铜合金优异的导热性、导电性和耐腐蚀性，广泛应用于航空航天领域。激光选区熔化增材制造的铜合金复杂性强结构，如液体火箭发动机推力室、换热器等已得到充分验证。然而铜合金的高密度、低强度与低耐磨性能限制了其应用。使用激光熔覆技术在铜合金工件表面包覆异种材料涂层，如镍基合金，可以有效强化整体性能，降低铜合金壁厚要求实现轻量化等目的。
2、激光熔覆技术是一种新兴发展的表面修复与改性技术，利用激光束聚焦能量瞬间熔化预置于基材表面或激光同步送粉的粉末，并将部分基材微熔，而后快速凝固，获得与基材冶金结合的致密熔覆层，达到表面改性的目的。熔覆材料的选择几乎没有限制，高熔点金属、复合材料以及陶瓷颗粒均可熔覆到基体表面。调整激光熔覆工艺参数，可控制涂层的稀释率和厚度。由于激光熔覆涂层与基体之间冶金结合或界面扩散结合，界面处组织与性能呈现梯度变化，有效保证了涂层与基体之间的结合强度。
3、虽然激光熔覆技术在制备表面强化层方面具有诸多优势，但是在铜合金表面熔覆镍基合金仍然存在一系列问题：异种合金界面易开裂、异种金属结构热变形不协调、材料物化性能不匹配、铜与镍基合金中成分形成金属间化合物、铜合金对红外激光的高反射率等。因此，如何在铜合金基体上制备良好成型性、无裂纹、冶金结合且性能优异的强化层，成为铜零件表面工程领域的研究热点，具有重要的工程应用价值。
技术实现思路
1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于铜合金表面冷喷涂的镍基合金补强层的制备方法，本发明通过在铜合金工件表面冷喷涂一层纯ni保护层，提高铜合金基底对激光的吸收率，再进使用激光熔覆镍基合金补强层，以缓解基底与补强材料物性差异，实现高性能无裂纹的良好成形。在铜合金基体上制备出良好成型性、无裂纹、性能优异的强化层。
2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、根据纯cu与纯ni无限互溶(形成固溶体，避免大量的脆性金属间化合物生成)的材料学原理，本发明提出首先在铜合金部件表面通过冷喷涂技术沉积一层薄ni层，再进行激光熔覆构筑镍基合金补强层。
4、本发明提供一种基于铜合金表面冷喷涂的镍基合金补强层的制备方法，包括以下步骤：
5、s1：使用喷砂工艺打磨处理铜合金工件表面，清除铜合金工件表面的残渣与氧化物，并保留一定粗糙度能够增加涂层的结合力，然后使用清洗剂超声清洗工件，真空干燥避免氧化；
6、s2：使用冷喷涂工艺在处理后的铜合金工件表面沉积一层50 -100μm厚的纯镍涂层；
7、s3：将s2中冷喷涂后的铜合金工件进行去应力退火热处理；消除材料的加工硬化同时改变材料内部沉积颗粒之间的结合状态，从而提高工件的力学性能；
8、s4：使用同步送粉式激光熔覆工艺在预热后的铜合金工件表面沉积镍基合金补强层。
9、优选的，铜合金工件是激光选区熔化技术制备的cucrzr合金。
10、进一步的，s1中，使用喷砂工艺打磨处理铜合金工件表面，喷砂工艺使用0.5-1.0mm石英砂，压缩气体压力为0.25mpa。
11、进一步的，s1中，清洗剂为丙酮溶液，使用丙酮溶液超声清洗工件，真空干燥避免氧化。
12、进一步的，s2中，冷喷涂工艺选用的工艺参数包括：气体温度400℃、气体压力2.6mpa、喷涂距离10mm、移枪速度0.02mm/s、送粉速率35g/min。
13、进一步的，s2中，冷喷涂工艺采用气雾化技术制备的球形镍粉末，平均粒径为40μm，球形镍粉末的d10、d50、d90的值分别为23.5μm、36.2μm、50.5μm，冷喷涂工艺使用的高压气体为氮气。
14、进一步的，s3中，退火热处理温度为500℃，保温时间2h，随炉冷却，热处理全过程在氮气保护气氛下进行防止氧化。
15、进一步的，s4中，镍基合金为气雾化技术制备的球形gh3536合金粉末，粉末粒径范围为53-150μm。
16、进一步的，s4中，激光熔覆开始前将铜合金样件预热至250℃，降低冷却速度以减小残余应力。
17、进一步的，s4中，激光熔覆工艺使用激光为1064nm的光纤激光器，光斑直径3mm，激光熔覆工艺参数包括：激光功率1020w、扫描速度900mm/min、送粉率8.8g/min、搭接率40％、载气流量10l/min。
18、进一步的，s4中，激光熔覆工艺设置光斑离焦量为3mm。即粉焦上移让粉末吸收部分激光能量而降低铜合金的热输入以减少基底的热变形。
19、进一步的，对于回转体工件，激光熔覆完一圈后工件旋转90°，再以相同的方向继续熔覆工作尽量避免热应力的累积。
20、进一步的，上述所有激光熔覆工艺均在氮气保护气氛下进行。
21、与现有技术相比，本发明具有以下优点：
22、本发明通过在铜合金工件表面冷喷涂一层纯ni保护层，提高铜合金基底对激光的吸收率，再进使用激光熔覆镍基合金补强层，以缓解基底与补强材料物性差异，实现高性能无裂纹的良好成形。在铜合金基体上制备出良好成型性、无裂纹、性能优异的强化层。
1.一种基于铜合金表面冷喷涂的镍基合金补强层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于铜合金表面冷喷涂的镍基合金补强层的制备方法，其特征在于，s1中，使用喷砂工艺打磨处理铜合金工件表面，所述喷砂工艺使用0.5-1.0mm石英砂，压缩气体压力为0.25mpa。
3.根据权利要求1所述的一种基于铜合金表面冷喷涂的镍基合金补强层的制备方法，其特征在于，s1中，所述清洗剂为丙酮溶液，使用丙酮溶液超声清洗工件，并进行真空干燥避免氧化。
4.根据权利要求1所述的一种基于铜合金表面冷喷涂的镍基合金补强层的制备方法，其特征在于，s2中，所述冷喷涂工艺选用的工艺参数包括：气体温度400℃、气体压力2.6mpa、喷涂距离10mm、移枪速度0.02mm/s、送粉速率35g/min。
5.根据权利要求1所述的一种基于铜合金表面冷喷涂的镍基合金补强层的制备方法，其特征在于，s2中，所述冷喷涂工艺采用气雾化技术制备的球形镍粉末，平均粒径为40μm，球形镍粉末的d10、d50、d90的值分别为23.5μm、36.2μm、50.5μm，冷喷涂工艺使用的高压气体为氮气。
6.根据权利要求1所述的一种基于铜合金表面冷喷涂的镍基合金补强层的制备方法，其特征在于，s3中，退火热处理温度为500℃，保温时间2h，随炉冷却，热处理全过程在氮气保护气氛下进行防止氧化。
7.根据权利要求1所述的一种基于铜合金表面冷喷涂的镍基合金补强层的制备方法，其特征在于，s4中，镍基合金为气雾化技术制备的球形gh3536合金粉末，粉末粒径范围为53-150μm。
8.根据权利要求1所述的一种基于铜合金表面冷喷涂的镍基合金补强层的制备方法，其特征在于，s4中，激光熔覆开始前将铜合金样件预热至250℃，降低冷却速度以减小残余应力。
9.根据权利要求1所述的一种基于铜合金表面冷喷涂的镍基合金补强层的制备方法，其特征在于，s4中，所述激光熔覆工艺使用激光为1064nm的光纤激光器，光斑直径3mm，激光熔覆工艺参数包括：激光功率1020w、扫描速度900mm/min、送粉率8.8g/min、搭接率40％、载气流量10l/min。
10.根据权利要求1所述的一种基于铜合金表面冷喷涂的镍基合金补强层的制备方法，其特征在于，s4中，所述激光熔覆工艺设置光斑离焦量为3mm。
