纯铜具有优异的导电性、导热性、塑形和优良的焊接性、耐蚀性，在冶金、化工、船舶等工业领域中得到广泛应用。但是纯铜的强度和耐磨性较差、高温氧化速度较快，极大地限制了其作为材料在机械行业的应用。因此为了扩大纯铜的应用领域，对纯铜进行强化处理尤为重要。一般有两种方法：一是整体合金化，二是表面涂覆改性。对纯铜进行合金化，加入一些Zn、Al、Sn、Mn、Ni等适宜的合金元素，使纯铜产生显著的固溶强化效果，获得强度及塑性都能满足要求的铜合金，效果较好，但对铜的导电性能影响较大，不利于纯铜的大规模应用［1］。利用表面技术对纯铜进行强化，因仅对基体局部改性，有效降低成本的同时又强化了基体材料，故优势明显［2］。目前，通过纯铜表面制备涂层来强化纯铜的表面技术主要有：热喷涂法、冷喷涂法、电火花沉积法、激光熔覆法、热化学反应法、复合法（相互交叉法）等。综述了强化纯铜表面涂层的研究进展，指出各种表面技术的不足之处，展望了纯铜表面强化技术的发展趋势。
1 研究现状
1.1 热喷涂法
热喷涂法是利用热源将喷涂材料加热熔化或软化，靠热源自身的动力或外加的压缩气流，将熔滴雾化并推动熔粒成喷射的集束，以一定速度喷射到基体表面形成涂层的工艺方法［3］。常用的热喷涂法有火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂、超音速喷涂等。
高家诚、张亚平［4］等人为了寻求一种简便有效的方法提高铜材构件的使用寿命，采用氧乙炔火焰喷涂和重熔工艺在纯铜表面制备了Al2O3基陶瓷涂层。结果表明，涂层具有良好的结合强度、耐热性、耐碱性，可以在工业中推广应用。
张忠礼、何越［5］等人为了提高纯铜的抗高温氧化和磨损能力，在现有渗铝的基础上提高生产效率，在纯铜表面电弧喷涂纯铝涂层，于800~900 ℃加热扩散2~5 h，获得几毫米厚的铜铝化合物渗层。电弧喷涂的工艺参数：喷涂电压为32 V，喷涂电流为200 A，雾化空气压力为0.5 MPa，喷涂距离为150 mm。结果表明：提高扩散温度和加长扩散时间有利于铜铝合金扩散层的形成；相同扩散处理条件下，喷涂的铝涂层越厚，扩散层厚度越大。
简中华、马壮［6］等人采用超音速火焰（HVOF）和等离子喷涂工艺制备铜基体W涂层。工艺为燃料压力1.2 MPa，流量21 m3/h，氧气压力1.5 MPa，流量57 m3/h，送粉量5 kg/h，喷涂距离380 mm。结果表明：HVOF制备W涂层时，钨颗粒加热熔化不充分，主要以固态颗粒形式撞击基体，不能形成连续涂层；等离子喷涂W涂层时，钨颗粒熔化充分，铺展变形改善，涂层致密，平均孔隙率为2％，显微硬度为315HV0.1；等离子喷涂W涂层与铜基体结合质量较好，结合强度可达36 MPa.
1.2 冷喷涂法
冷喷涂技术是相对热喷涂技术的新技术，原理是利用高压气体（He、N2、混合气体或空气等）携带粉末颗粒从轴向进入喷枪产生超音速流（300~1200m/s），粉末颗粒（1~50 μm）经喷枪加速后在完全固态下撞击基体，通过产生较大的塑性变形而沉积于基体表面形成涂层［14］。郭辉华、周香林［15］等人采用冷喷涂技术在铜和铝基板上得到良好的铜涂层。结果表明，冷喷涂设备的工艺条件：加速气体压力218 MPa，送粉气体压力310MPa，加热炉温度600 ℃。喷涂距离为20 mm时，铜能稳定地在铝和铜基板上沉积，不能在钢基板上沉积。冷喷涂纯铜涂层致密，涂层和基板、涂层内部颗粒之间都结合良好，涂层显微硬度达150HV0.1；从涂层与基板界面的成分面扫描结果可见，涂层与基板间存在着明显的机械咬合现象。纯铜表面冷喷涂技术制备涂层的不足是：涂层与基体为机械结合，结合强度较低，工艺较复杂等。
1.3 电火花沉积
电火花沉积是直接利用电能的高密度能量对金属表面进行沉积处理的工艺。它把电极材料（硬质合金，如WC、TiC等）作为工作电极（阳极），在氩气中使之与被沉积的金属工件（阴极）之间产生火花放电，在10-5~10-6s内电极与工件接触的部位达到8 000～25 000 ℃的高温，直接利用火花放电的能量，将电极材料转移至工作表面，构成沉积层［16-17］。高飞、王涛［18］等人采用电火花沉积技术在紫铜上沉积Ni/金属陶瓷涂层。结果表明，合理的沉积工艺条件下，在紫铜上沉积Ni/金属陶瓷涂层界面可以获得良好的冶金结合，涂层硬度由涂层表面向内部逐渐降低。纯铜表面电火花沉积技术制备涂层的缺点是操作过程需手工完成，涂层质量取决于操作者的技术水平等。
1.4 激光熔覆法
激光熔覆就是利用高能激光束将预置或同步送入待处理工作表面的合金粉末熔化，基体同时熔化薄层，并以极高冷却速度快速凝固，实现涂层与基体冶金结合，获得具有特殊性能的表面涂层，达到表面改性或表面修复，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等的工艺方法［19］。
张永忠［20］等人为了提高纯铜的强度和耐磨性，采用激光熔覆在纯铜表面制备了铜合金涂层。通过对纯铜基体的适度预热，在较低的激光功率下通过多层多道搭接激光熔覆方法在纯铜表面制备出具有一定厚度的铜合金层，熔覆层与基体呈冶金结合，过渡连续，熔覆层组织致密，无气孔、裂纹等缺陷。激光熔覆铜合金涂层基体的硬度为280HV0.1，大块分离相聚集体的硬度为510HV0.1。磨损试验结果表明，激光熔覆涂层的耐磨性是纯铜基体的3.5倍。
1.5 热化学反应法
热化学反应法制备金属基陶瓷涂层，是采用水基粘结剂，混以陶瓷骨料，搅拌成悬浮料浆，涂在经过预处理的金属表面上，阴干，高温固化处理而成，高温固化时发生热化学反应产生新的复合陶瓷相，亦称固相反应法。其优点在于工艺简单、无需特殊设备、成本低廉，涂层与基体表面既有机械结合，又有化学结合，结
合力强［23］。
马壮、孙丽月［24-26］等人在纯铜表面用热化学反应法制备了陶瓷涂层。结果表明：陶瓷涂层封孔后，其耐酸、耐碱和耐盐性分别比纯铜基体提高了3.9、12.3和6.3倍，抗盐雾腐蚀性比基体提高了5.0倍；陶瓷涂层磨粒磨损和粘着磨损的相对耐磨性分别是基体的11.26倍和7.97倍。在此基础上，对制备的涂层渗铝形成金属夹嵌陶瓷复合涂层。结果表明，金属夹嵌陶瓷复合涂层700 ℃时热震次数达30次以上，涂层与基体结合强度达8.50 MPa，耐蚀性是基体的6.31~17.26倍，耐磨性是基体的3.67~10.43倍。
2 展 望
在纯铜表面制备涂层，提高了纯铜的强度和耐磨性、耐高温氧化性，大大拓宽纯铜在工业中的应用范围。为符合国家节能环保的可持续发展战略，今后发展的方向主要在以下几个方面：
1）发展纳米陶瓷涂层。在纯铜表面研究纳米陶瓷涂层还处于发展阶段，对于涂层与基体的结合机理、耐磨机理等有待于进一步研究。
2）应充分发挥我国的稀土资源优势，研究稀土（氧化物）掺杂对纯铜表面涂层性能影响及其机理研究。
3）研发节能环保的低成本陶瓷涂层。目前纯铜表面大多数陶瓷涂层的原料和成本较高，很难在企业中推广应用。通过利用废物（如煤矸石等），研发一种节能、环保的低成本陶瓷涂层是尚待解决的问题。
参考文献略
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