一种超短周期高强度-高延展性镍铝青铜合金及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超短周期高强度‑高延展性镍铝青铜合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、按Cu：Al：Ni：Fe：Mn的摩尔比配比各粉料，粉料的平均粒径为20‑60μm；将各粉料混合，得到配料；S2、按上述配料成分经熔炼、锻造和热处理工艺获得直径为50‑100mm的镍铝青铜棒料；S3、采用等离子电极雾化法对上述镍铝青铜棒料进行雾化处理；S4、将上述等离子电极雾化处理后的镍铝青铜合金粉末，采用选择性电子束熔融工艺，经3D打印获得高密度以及兼具高强度与高延展性的镍铝青铜合金。本发明专利技术的制备方法所得合金内部析出相细小且呈均匀弥散分布状态，合金致密度高，兼具高强度与高延展性，制备过程中工艺参数易控制，加工周期短。

【技术实现步骤摘要】
一种超短周期高强度-高延展性镍铝青铜合金及制备方法
本专利技术属于镍铝青铜合金领域，具体涉及一种超短周期高强度-高延展性镍铝青铜合金的制备方法，以及所制得的超短周期高强度-高延展性镍铝青铜合金。
技术介绍
长期以来，人们致力于探索同时具备高强度与高延展性的金属以及合金来满足需求。而传统的方法通常在增加了材料强度的同时降低了其延展性。近年来，一些创新性的微观结构设计，包括在材料组织结构中引入高密度位错(参见文献1.He,B.B.etal.Highdislocationdensity-inducedlargeductilityindeformedandpartitionedsteels.Science357,1029(2017)；文献2.Lu,L.,Shen,Y.,Chen,X.,Qian,L.&Lu,K.UltrahighStrengthandHighElectricalConductivityinCopper.Science304,422(2004))、梯度纳米晶结构(参见文献3.Fang,T.H.,Li,W.L.,Tao,N.R.&Lu,K.RevealingExtraordinaryIntrinsicTensilePlasticityinGradientNano-GrainedCopper.Science331,1587-1590(2011))和双峰晶粒(参见文献4.Wang,Y.，Chen,M.,Zhou，F.&Ma,E.Hightensileductilityinananostructuredmetal.Nature419,912(2002))，可以有效地克服上述难题。但是这些方法较难适用于加工复杂几何形状的机械部件，同时，由于上述方法需要经过多重加工处理过程，由此会产生因控制变量增多而导致的加工重复性问题，不利于制造机械部件的组织结构与性能的稳定性。近年来，增材制造方法因赋予设计与加工的高自由度而成为了解决上述挑战的理想方案(参见文献5.Zheng,X.etal.Multiscalemetallicmetamaterials.NatureMater.15,1100(2016)；文献6.Mchugh,K.J.etal.Fabricationoffillablemicroparticlesandothercomplex3Dmicrostructures.Science357,1138(2017))。已有研究表明，采用激光粉末熔炼(L-PBF)技术制造的316L不锈钢同时具有高屈服强度和高延展性(参见文献7.Wang,Y.M.etal.Additivelymanufacturedhierarchicalstainlesssteelswithhighstrengthandductility.NatureMater.17,63-71(2018)；文献8.Sun,Z.,Tan,X.,Tor,S.B.&Chua,C.K.Simultaneouslyenhancedstrengthandductilityfor3D-printedstainlesssteel316Lbyselectivelasermelting.NpgAsiaMater.10(2018)；文献9.Liu,L.etal.Dislocationnetworkinadditivemanufacturedsteelbreaksstrength-ductilitytrade-off.Mater.Today21,354-361(2018))。但目前3D打印技术往往局限于制造易焊接的金属材料，如不锈钢、钛合金、镍合金等(参见文献10.Martin,J.H.etal.3Dprintingofhigh-strengthaluminiumalloys.Nature549，365-369(2017))，采用3D打印技术制造组织结构致密、性能优良的铜合金，目前仍然是一个难题。比如采用L-PBF技术制造铜合金的过程中出现部分熔融现象，导致其相对密度小于95％(参见文献11.Zhang,D.Q.,Liu,Z.H.&Chua,C.K.InvestigationonformingprocessofcopperalloysviaSelectiveLaserMelting.InHighValueManufacturing:AdvancedResearchinVirtualandRapidPrototyping:Proceedingsofthe6thInternationalConferenceonAdvancedResearchinVirtualandRapidPrototyping,Leiria,Portugal285(2013))。通过调控3D打印加工参数，得到的Cu-Cr-Zr-Ti合金相对密度达到97.9％，但由于成形件的内部晶粒尺寸主要为30-250μm的柱状晶，因此其抗拉强度(UTS)比传统锻造成形件低20-25％(参见文献12.Popovich,A.etal.Microstructureandmechanicalpropertiesofadditivemanufacturedcopperalloy.Mater.Lett.179,38-41(2016))。选择性电子束熔融(SEBM)是金属3D打印制造的关键技术之一，其利用电子束在高真空下将金属粉末进行选择性烧结来制造零部件。与选择性激光熔融(SLM)相比，SEBM技术可以在3D打印铜合金时提供更均匀的加热环境，以及更高的能量密度，克服了铜合金对SLM技术中能量吸收率低的问题。同时，与传统方法制造铜合金部件相比(冲坯—退火—冲压成形—退火—钝化，有时需要多次冲压加工、反复退火)，SEBM技术可一次性成型镍铝青铜合金部件，且密度接近完全致密，相对密度大于99％，力学性能(包括抗拉强度和拉伸延展率)优于锻造工艺制造的同类产品，具有加工周期短、效率高的优点。
技术实现思路
针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本专利技术提供了一种超短周期高强度-高延展性镍铝青铜合金的制备方法，所得合金内部析出相细小且呈均匀弥散分布状态，合金致密度高，兼具高强度与高延展性，制备过程中工艺参数易控制，加工周期短。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种超短周期高强度-高延展性镍铝青铜合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、按Cu：Al：Ni：Fe：Mn的摩尔比＝(剩余)：(8-12)：(3.5-6.5)：(2.5-5.5)：(0.8-1.2)，选取Cu粉、Al粉、Ni粉、Fe粉和Mn粉，粉料的平均粒径为20-60μm；将Cu粉、Al粉、Ni粉、Fe粉和Mn粉混合，得到配料；S2、按上述配料成分经熔炼、锻造和热处理工艺获得直径为50-100mm的镍铝青铜棒料；S3、采用等离子电极雾化法对上述镍铝青铜棒料进行雾化处理；S4、将上述等离子电极雾化处理后的镍铝青铜合金粉末，采用选择性电子束熔融工艺，经3D打印获得高密度以及兼具高强度与高延展性的镍铝青铜合金。优选地，步骤S1中，Cu：Al：Ni：Fe：Mn的摩尔比＝81.1：9.5：4.2：4.0：1.2。优选地，步骤S2中的熔炼过程在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超短周期高强度‑高延展性镍铝青铜合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、按Cu：Al：Ni：Fe：Mn的摩尔比＝(剩余)：(8‑12)：(3.5‑6.5)：(2.5‑5.5)：(0.8‑1.2)，选取Cu粉、Al粉、Ni粉、Fe粉和Mn粉，粉料的平均粒径为20‑60μm；将Cu粉、Al粉、Ni粉、Fe粉和Mn粉混合，得到配料；S2、按上述配料成分经熔炼、锻造和热处理工艺获得直径为50‑100mm的镍铝青铜棒料；S3、采用等离子电极雾化法对上述镍铝青铜棒料进行雾化处理；S4、将上述等离子电极雾化处理后的镍铝青铜合金粉末，采用选择性电子束熔融工艺，经3D打印获得高密度以及兼具高强度与高延展性的镍铝青铜合金。

【技术特征摘要】
1.一种超短周期高强度-高延展性镍铝青铜合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、按Cu：Al：Ni：Fe：Mn的摩尔比＝(剩余)：(8-12)：(3.5-6.5)：(2.5-5.5)：(0.8-1.2)，选取Cu粉、Al粉、Ni粉、Fe粉和Mn粉，粉料的平均粒径为20-60μm；将Cu粉、Al粉、Ni粉、Fe粉和Mn粉混合，得到配料；S2、按上述配料成分经熔炼、锻造和热处理工艺获得直径为50-100mm的镍铝青铜棒料；S3、采用等离子电极雾化法对上述镍铝青铜棒料进行雾化处理；S4、将上述等离子电极雾化处理后的镍铝青铜合金粉末，采用选择性电子束熔融工艺，经3D打印获得高密度以及兼具高强度与高延展性的镍铝青铜合金。2.如权利要求1所述的超短周期高强度-高延展性镍铝青铜合金的制备方法，其特征在于：步骤S1中，Cu：Al：Ni：Fe：Mn的摩尔比＝81.1：9.5：4.2：4.0：1.2。3.如权利要求1所述的超短周期高强度-高延展性镍铝青铜合金的制备方法，其特征在于：步骤S2中的熔炼过程在高纯氩气或氮气环...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢文龙，翟文正，刘晓军，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42