铜基合金广泛应用于轨道交通和电力行业的电接触元件，其表面失效会导致高速列车的安全事故及电网瘫痪，成为制约轨道交通运输和输变电网络发展的瓶颈问题，铜基合金的表面改性对于提高电接触元件性能具有重要意义。为保障国家特高压电网的高效安全运行，推动国家电力行业技术升级和能源战略发展，本实验室率先进行了铜基合金激光高密度改性技术的研究，解决了激光表面改性设备研制、改性工艺研究和产品及产品级技术使用规范等科学问题。突破了激光束高密度、高速度的熔凝改性和高速度、高精度、全覆盖的轨迹规划等关键技术；制成了满足生产要求的铜基合金触头样件，研制出成套铜基合金高密度激光表面熔凝改性装备。

　　1、改性设备研制。高密度激光表面熔凝改性装备基于高密度激光束焦平面定位技术、高导热冷却的固定和防变形装置铜基合金表面热分布控制技术，配备有高温金属羽辉在线监测系统、高速高精度的轨迹规划软件、集成化智能控制软件及工艺数据库系统，为相关工程行业设计与发展提供支撑。在激光束焦点位置实现高密度（10⁷-10⁸W/cm²）、高速度（~10⁴mm/min）的熔凝改性（临界改性：作用时间＜0.6ms），突破传统激光表面改性难以满足高反射、高热导材料表面改性的局限性，大幅提高改性层性能、改性层质量和加工效率。惰性气氛下样件冷却及热应力控制。研制局部循环冷却系统，实现无氧条件下铜基合金表面温度的精确控制，以及热过程应力控制与消除，避免热积累和热应力造成加工过程的不稳定性和热变形，确保表面改性层质量。

激光改性装备

　　2、激光表面改性的工艺研究。研究内容：激光功率密度、扫描速度、扫描轨迹、冷却方式、改性环境等对于铜基合金表面性能和显微组织的影响，包括改性工艺对于改性层的含氧量、致密度、Cr颗粒尺度等的影响。高速度、高精度、全覆盖的轨迹规划。针对铜基合金触头的复杂几何结构，实现高速高精度全覆盖轨迹规划，避免轨迹误差，提高系统可靠性和可控性。

　　3、产品及产品级技术使用规范。研究内容：研究激光改性合金的改性层厚度、表面粗糙度、接触电阻值、颗粒度对于产品性能的影响，找出相关规律。使产品设计人员在设计阶段只需提出对性能的特殊要求，激光改性可采用不同工艺进行相应针对的改性，从而实现其性能要求。

　　技术特点：实现激光束高密度、高速度的熔凝改性和高速度、高精度、全覆盖的轨迹规划。

应用领域

　　本技术可以推动实现真空灭弧室用铜基触头的规模化工业生产，有望广泛应用于电力行业的输变电系统，推动国家能源战略发展和电力行业技术升级，生产过程绿色化、智能化，推进激光制造在国民生活、生产的应用。

应用案例

　　技术团队对Cu-Cr合金的激光改性开展了大量工艺实验研究，引入了合适的轨迹规划以、实时在线监控、温度传感、质量控制等环节，既能深入开展机理研究，又能满足工业应用的需求。现针对Cu-Cr触头的表面改性技术已掌握了核心技术和完全自主的知识产权，已具备可供生产线使用的装备、技术及规范，满足推广条件。改性效率高、效果好：

　　成品率≥98%，改性效率≥1000mm²/min，Cr颗粒直径≤0.01mm

　　可进行大规模、标准化生产。现与陕西宝光真空电器股份有限公司和北京京东方真空电器有限责任公司建立了合作关系，进行了配备激光改性触头的真空灭弧室的关断测试，耐压极限、关断次数等项指标均大幅提升，并针对真空灭弧室的实际工况，提出了符合企业实际的生产线配置方案。