45钢镀铜后的激光合金化.doc

45钢镀铜后激光合金化 （吕禹） 摘要 英文摘要 关键词 一 绪论 1 45钢的性能 45号钢为优质碳素结构用钢化学成份： 碳 C ：0.42～0.50 硅 Si：0.17～0.37 锰 Mn：0.50～0.80 硫 S ：≤0.035 磷 P ：≤0.035 铬 Cr：≤0.25镍 Ni：≤0.25 铜 Cu：≤0.25硬度不高易切削加工,模具中常用来做模板,梢子,导柱等,但须热处理 。淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58）。 　　调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质＋表面淬火提高零件表面硬度。 　　渗碳处理一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质＋表面淬火高。其表面含碳量0.81.2％，芯部一般在0.1－－0.25％（特殊情况下采用0.35％）。经热处理后，表面可以获得很高的硬度（HRC58－－62），芯部硬度低，耐冲击。 　　电镀铜层因其具有良好的导电性、导热性和机械延展性等优点而被广泛应用于电子信息产品领域，电镀铜技术也因此渗透到了整个电子材料制造领域，从印制电路板（PCB）制造到 IC 封装，再到大规模集成线路（芯片）的铜互连技术等电子领域都离不开它，因此电镀铜技术已成为现代微电子制造中必不可少的关键电镀技术之一。电子行业的电镀铜技术含量很高，电镀铜层的功能、质量和精度以及电镀方法等方面与传统的装饰性防护性电镀铜技术有所不同。中国的电子信息产业正在迅速崛起，有资料表明，中国的印制电路产值 2003 年已经超过美国居世界第二位，成为名副其实的 PCB 生产大国，并且有望在 2008 年超过日本居世界第一，而以上海为中心的长三角地区的集成电路产业也在飞速发展，逐渐成为该地区的支柱性产业[1-3]。这些产业的发展必将推动电镀铜技术的应用领域进一步扩大。为了满足具有高科技含量电子产品制造的要求，出现了许多新的电镀铜技术，如脉冲电镀铜技术、水平直接电镀铜技术、超声波电镀铜技术、激光诱导选择电镀铜技术等。激光表面合金化就是利用激光照射使基体表层熔化并把供给表面（预敷或喷射）的合金元素的物质熔化，混合均匀， 以便在基体表面形成一个理想的合金层，从而改善表面性质的工艺．这一工艺具有巨大应用前景． 人们已对不同的基体和合金元素的组合做了大量研究．激光表面合金化的主要目的是提高材料的物理性能、化学性能及耐磨性．阻碍激光表面合金化广泛应用的障碍，除设备投资大、成本高外，就是在材料处理过程中表面易产生气孔、裂纹以及表面平整度的下降．针对后者，研究者根据具体情况加强研究，已经摸索出一些可行的办法．实验证明，激光表面合金化是提高低碳钢耐腐蚀性能的一种可行的办法 激光表面合金化的优点 合金化时，试样表层和涂层都溶化，被熔的基体材料与表面涂敷合金元素均匀扩散或化合，形成成分与原基体材料不同的新合金层 。通常采用的渗碳、渗氮、渗铬等合金化方法，需要将工件整体放入扩散炉中经长时间加热，通过 碳、铬、氮等元素的扩散和气相沉积，来改变金属表面的化学成分，这种方法周期长、变形大、消 耗的合金元素多。相比之下，激光表面合金化具有效率高、能量消耗少、合金化元素消耗少、变形 小等优点。如：对汽车阀座嵌套的处理，若采用高温合金基材，成本高，加工难，而对灰铁基体工 作部位，采用激光合金化解决了这一难题。先涂一层铬，用６．５kW的CO２激光器溶化形成０ ．７５mm厚的抗回火含铬耐热表面层，硬度达HRC５５，能经受５４０耐磨要求A ３钢板上进行NiCrSiB合金的激光合金化处理后，与超合金相当，具有耐高温、抗磨损、耐 腐蚀的新合金表面。曾经对铝合金表面进行过FeNiCr合金化处理，发现铝合金表 面出现Al９NiFe和电力机车技术A１FeNiSi硬化相，强化了铝合金表面。 应用 北京机床研究所张魁武等人，用复合合金粉末激光合金化处理的45钢基无心磨床托板，在生产车间使用，比原来CrWMn钢淬火的托板寿命提高3～4倍。重庆大学、北京工业大学等单位采用激光表面合金化工艺，用于电地冲棒、无缝钢管穿孔顶头及泥浆泵叶轮等零件的处理，都取得了很好的效果。北京机电研究所曾对拖拉机换向拨叉、螺母攻丝机料道、轴承扩孔模、冲材模、电厂排粉机叶片及铝活塞等零件上的应用研究，都取得了很好的效果。拨叉，料道使用寿命提高10倍以上。冲材模、排粉机叶片使用寿命提高2～3倍。激光表面合金化用于铝活塞环槽强化，经装车试验，运行14.2万km以后拆检结果，头道环槽的侧隙仅为0.11mm，如果减去0.04～0.05mm的原始侧隙，则环槽最大磨损量仅有0.07m