一种用于增材制造的铜合金粉末及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于增材制造的铜合金粉末及其制备方法和应用，将Cr粉末、Zr粉末和Cu粉末按照特定比例制成铜合金粉末，合金的共晶温度为1072℃，在共晶温度下，铬在铜中的最大固溶度为0.65％，利用3D打印成形工艺，在3D打印成形功率为420～500W时产生高温，使铜晶粒内部和晶界上析出的第二相Cu5Zr和其他多元化合物，打印过程随温度降低在150℃下，随温度下降，固溶度急剧下降，并析出Cr‑粒子相。铬的加入，明显提高合金的再结晶温度和热强性。从而使得Cu‑Cr‑Zr铜合金粉末比普通的铜合金材料更能适用于增材制造成形技术中，且得到的材料的密度为8.5‑8.9g/cm

A Copper Alloy Powder for Addition Manufacturing and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种用于增材制造的铜合金粉末及其制备方法和应用
本专利技术属于金属粉末材料
，涉及一种用于增材制造的铜合金粉末及其制备方法和应用。
技术介绍
Cu-Cr-Zr铜合金具有优良的物理、化学和力学性能；是一种具有良好的导电、导热性和较高强度的铜合金。广泛应用于航空、航天发动机燃烧室。由于航空、航天领域的不断发展，对复杂结构件的需求增多，通过传统机加工艺成形已无法满足需求。随着工业化的不断改进，增材制造在以上领域均得到了广泛的应用。增材制造的工作原理，使其在复杂结构零件的制作中有着得天独厚的优势。也就是说，造型及结构越复杂的零件，使用3D打印的方式进行制造生产就越有优势。目前可直接成形金属零件的快速成形方法主要有三种：SLM(选择性激光熔化成形)，SLS(选择性激光烧结)，激光熔覆(LC)。SLM(Selectivelasermelting)是金属粉末的快速成形技术，能直接成形出接近完全致密度的金属零件，不需要黏结剂，成形的精度和力学性能都比SLS、LC要好，因此越来越广泛被应用于3D打印。SLM(选择性激光熔化成形)是基于离散-堆积理念的增量制造技术，与传统的去除材料加工方法相反，利用高能束激光逐层选择性地熔化金属粉末，堆积成形金属零件，具有生产周期短、零件几何形状复杂和材料加工种类繁多等明显优势。而目前国内航空发动机铜合金零部件使用机加工方式进行，过程繁琐且周期漫长，随着复杂结构件的增加，机加工已无法满足需求；增材制造可解决复杂结构件的成形，而目前铜合金金属粉末材料无法满足增材制造制备工艺要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于增材制造的铜合金粉末及其制备方法和应用，以克服现有技术的不足。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于增材制造的铜合金粉末，所述铜合金粉末的制备原料包括Cr粉末、Zr粉末和Cu粉末，且铜合金粉末以质量百分比计，包括Cr粉末：0.4％～0.6％，Zr粉末：0.06％～0.14％，余量为Cu粉末，不可避免杂质总量不超过0.03％。进一步的，所述Cr粉末、Zr粉末和Cu粉末粒度均为15～150μm。进一步的，所述不可避免杂质包括O元素和N元素。进一步的，O元素在不可避免杂质总量中百分占比≤60％。一种铜合金粉末的制备方法，包括以下步骤：步骤1)、取原料Cr粉末、Zr粉末和Cu粉末；步骤2)、将上述原料分别进行烘干脱氧处理；步骤3)、将烘干脱氧处理后的Cr粉末、Zr粉末和Cu粉末分别进行研磨得到粒度为15～150μm的Cr粉末、Zr粉末和Cu粉末材料，将研磨后的Cr粉末、Zr粉末和Cu粉末材料混合均匀即得用于增材制造的铜合金粉末，所得到的铜合金粉末以质量百分比计，包括Cr粉末：0.4％～0.6％，Zr粉末：0.06％～0.14％，余量为Cu粉末，不可避免杂质总量不超过0.03％。一种铜合金粉末的制备方法，包括以下步骤：步骤1)、取原料Cr粉末、Zr粉末和Cu粉末；步骤2)、将上述原料分别进行烘干脱氧处理；步骤3)、将烘干脱氧处理后的Cr粉末、Zr粉末和Cu粉末压缩制备得到棒材，采用气雾化法制成粒度为15～150μm的粉末，即得用于增材制造的铜合金粉末，所得到的铜合金粉末以质量百分比计，包括Cr粉末：0.4％～0.6％，Zr粉末：0.06％～0.14％，余量为Cu粉末，不可避免杂质总量不超过0.03％。进一步的，烘干处理过程在100～150℃下保温1～3h，且烘干处理在真空保护环境中进行。一种铜合金粉末在3D打印成形工艺的应用，包括以下步骤：a、将上述制备得到的铜合金粉末置于SLM3D打印机粉缸内，腔内为氩气保护，氧含量控制在1000ppm以内，成形腔压力0-50Mbar；b、在以下打印参数下进行打印：3D打印机的功率为420～500W，扫描速度为550～1200mm/s，旋转角0～90°扫描间距为60～90μm，打印层厚为0.03mm，道间距0.04mm；打印完成后即可得到铜合金成型材料。进一步的，在步骤b打印参数打印成型前对成形腔进行预热，预热温度为150℃。进一步的，成形得到材料的密度为8.5-8.9g/cm3，抗拉强度为260-330MPa，断后伸长率为18-25％，屈服强度为220-270MPa。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术一种用于增材制造的铜合金粉末及其制备方法和应用，Cr粉末、Zr粉末和Cu粉末按照特定比例制成铜合金粉末，得到合金的共晶温度为1065-1075℃，在共晶温度下，铬在铜中的最大固溶度为0.65％，使铜晶粒内部和晶界上析出的第二相Cu5Zr和其他多元化合物，利用3D打印成形工艺，在3D打印成形功率为420～500W时产生高温，使铜合金粉末在共晶温度下成型，打印过程随温度降低在150℃下，随温度下降，固溶度急剧下降，并析出Cr-粒子相，铬的加入，使铜和铬产生固溶，提高了铜合金的再结晶温度和热强性，从而使得Cu-Cr-Zr铜合金粉末比普通的铜合金材料更能适用于增材制造成形技术中，且得到的材料的密度为8.5-8.9g/cm3，抗拉强度为260-330MPa，断后伸长率为18-25％，屈服强度为220-270MPa，满足增材制造成形要求。具体实施方式下面对本专利技术做进一步详细描述：一种用于增材制造的铜合金粉末，按照质量百分比，包括Cr粉末：0.4％～0.6％，Zr粉末：0.06％～0.14％，余量为Cu粉末，不可避免杂质总量不超过0.03％。依据上述比例混合形成的铜合金粉末粒度均为15～150μm；其中，不可避免杂质包括O元素和Sn元素，O元素在不可避免杂质总量中百分占比≤60％；一种用于上述铜合金粉末的制备方法，具体包括以下步骤：步骤1，材料准备：取原料Cr粉末、Zr粉末和Cu粉末；步骤2，将步骤1所得材料在增材制造成形前，进行烘干脱氧处理；烘干处理过程是在100～150℃下保温1～3h，且烘干处理在真空保护环境中进行；步骤3，将步骤2烘干后的Cr粉末、Zr粉末和Cu粉末材料混合制备得到棒材，具体的将Cr粉末、Zr粉末和Cu粉末材料进行压缩制备得到棒材，然后采用气雾化法制成粒度为15～150μm的粉末，即得到铜合金粉末；或者将烘干后的Cr、Zr和Cu材料进行研磨得到粒度为15～150μm的Cr粉末、Zr粉末和Cu粉末材料，然后粒度为15～150μm的Cr粉末、Zr粉末和Cu材料粉末混合即可得到铜合金粉末；所得到的铜合金粉末以质量百分比计，包括Cr粉末：0.4％～0.6％，Zr粉末：0.06％～0.14％，余量为Cu粉末，不可避免杂质总量不超过0.03％。本专利技术一种用于增材制造的铜合金金属粉末材料具体应用时，先将所得铜合金粉末材料装入设备的送粉舱中，根据零件的几何三维模型，将零件模型按特定的厚度进行分层切片，即将零件的三维信息转换成一系列的二维截面信息，在数控系统的控制下，使用激光通过振镜扫描来熔化金属粉末，直接成形每层二维截面，逐层堆积出具有特定几何形状的零件，成形过程中金属粉末完全熔化，产生冶金结合，根据零件三维模型的逐层打印，最终制成铜合金制件。采用上述得到的铜合金粉末进行增材成形工艺，包括以下步骤：a、将制备得到的铜合金粉末置于SLM金属3D打印机粉缸内，腔内为氩气保护，氧含量控制在1000ppm以内，成形腔压力0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于增材制造的铜合金粉末，其特征在于，所述铜合金粉末的制备原料包括Cr粉末、Zr粉末和Cu粉末，且铜合金粉末以质量百分比计，包括Cr粉末：0.4％～0.6％，Zr粉末：0.06％～0.14％，余量为Cu粉末，不可避免杂质总量不超过0.03％。

【技术特征摘要】
1.一种用于增材制造的铜合金粉末，其特征在于，所述铜合金粉末的制备原料包括Cr粉末、Zr粉末和Cu粉末，且铜合金粉末以质量百分比计，包括Cr粉末：0.4％～0.6％，Zr粉末：0.06％～0.14％，余量为Cu粉末，不可避免杂质总量不超过0.03％。2.根据权利要求1所述的一种用于增材制造的铜合金粉末，其特征在于，所述Cr粉末、Zr粉末和Cu粉末粒度均为15～150μm。3.根据权利要求1所述的一种用于增材制造的铜合金粉末，其特征在于，所述不可避免杂质包括O元素和N元素。4.根据权利要求3所述的一种用于增材制造的铜合金粉末，其特征在于，O元素在不可避免杂质总量中百分占比≤60％。5.一种铜合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)、取原料Cr粉末、Zr粉末和Cu粉末；步骤2)、将上述原料分别进行烘干脱氧处理；步骤3)、将烘干脱氧处理后的Cr粉末、Zr粉末和Cu粉末分别进行研磨得到粒度为15～150μm的Cr粉末、Zr粉末和Cu粉末材料，将研磨后的Cr粉末、Zr粉末和Cu粉末材料混合均匀即得用于增材制造的铜合金粉末，所得到的铜合金粉末以质量百分比计，包括Cr粉末：0.4％～0.6％，Zr粉末：0.06％～0.14％，余量为Cu粉末，不可避免杂质总量不超过0.03％。6.一种铜合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)、取原料Cr粉末、Zr粉末和Cu粉末；步骤2)、将上述原料分别进行烘干脱氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：史见，李哲，于全成，兰亚洲，
申请(专利权)人：西安国宏天易智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61