一种适用于增材制造的铜镍合金粉末及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种适用于增材制造的铜镍合金粉末，包括铜72％

【技术实现步骤摘要】
一种适用于增材制造的铜镍合金粉末及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属粉末冶金的
，具体涉及一种适用于增材制造的铜镍合金粉末及其制备方法。

技术介绍

[0002]铜及铜合金具有优秀导热、导电、延展、耐腐蚀等特性，因此铜在航空航天、武器装备某些场合是首选材料。在增材制造领域中，今年来铜合金材料也呈现快速发展的趋势，军工领域对铜合金增材制造的需求，对该方向起到了强烈的促进作用。目前增材制造用铜及铜合金主要集中于纯Cu、CuSn
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、CuCrZr等材料，相关研究较多并已实现产品应用。尽管铜合金在打印方面仍存在部分问题，全球铜合金增材制造市场依旧以超过50％的年复合增长率飞速增长着。
[0003]铜镍(CuNi)合金为现阶段增材制造铜合金粉末的主要发展方向之一，镍元素的合理加入可有效提高铜合金的各项性能，但目前仍然缺少适用于生产耐蚀性、导热性要求高的高温环境结构件的合金材料。
[0004]同时，由于Si元素在高温下易与空气中氧气产生反应生成SiO2，会造成Si元素的烧损。Si元素的烧损一方面会使成分控制难度变高，可能会出现实际成分和设计成分偏差较大的情况；另一方面，形成的二氧化硅会以球形夹杂物的形式混于粉末之中，会对粉末整体性能有一定的负面影响；且二氧化硅还会附着在炉壁形成炉渣，炉渣在熔炼过程中可能会堵塞中间包。因此，需要进一步通过工艺的改进来减少Si的烧损，以减少上述缺陷，得到耐高温、耐腐蚀、可加工性能好的合金材料来填补现有粉末材料的空缺。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种适用于增材制造的铜镍合金粉末及其制备方法，该铜镍合金粉末适用于制造耐蚀性、导热性要求高的高温环境结构件，填补了现有粉末材料的空缺。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种适用于增材制造的铜镍合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、将铜源、镍源和铬源加入熔炼坩埚中，抽真空至真空度低于0.1Pa，之后充入惰性气体，升温至熔炼温度后保温，进行熔炼；
[0008]S2、铜源、镍源、铬源完全融化后，降温，加入硅源并保温5
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15min；
[0009]S3、升温至1300
‑
1400℃，待硅源完全熔解后进行雾化，控制中间包温度为1250
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1400℃；优选升温至1300
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1350℃，控制中间包温度为1250
‑
1350℃；
[0010]S4、对气雾化粉末进行筛分，得到适用于增材制造的铜镍合金粉末。
[0011]进一步地，所述铜源、镍源、铬源和硅源在总原料中所占的质量分数为：铜72％
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78.5％、镍14％
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18％、铬6％
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8％、硅1.5％
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2％。
[0012]进一步地，所述步骤S2中，降温至800
‑
900℃。
[0013]进一步地，所述步骤S1中，熔炼温度为1400
‑
1500℃，保温时间为15
‑
30min。
[0014]进一步地，所述步骤S2中，硅源的体积小于或等于4cm3。将硅源粉碎至体积不大于4cm3，有利于加快熔炼速率。
[0015]优选的，所述步骤S3中，雾化过程中控制熔炼室的正压≥15Kpa，雾化介质进气压力≥3.8Mpa。雾化过程中控制熔炼室正压在15Kpa以上，可以保证熔液顺利流下，控制雾化介质的进气压力≥3.8Mpa，可以提高细粉收得率。
[0016]进一步地，所述铜源为电解铜，镍源为电解镍，硅源为工业硅，铬源是工业铬，且所有原料中铁的总含量≤900ppm。
[0017]进一步地，预先对所述电解铜进行打磨和抛光预处理，预处理后在90
‑
110℃真空条件下干燥3
‑
4h。
[0018]进一步地，所述步骤S4中，采用超声振动或者气流分级的方式进行筛分。
[0019]作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种适用于增材制造的铜镍合金粉末，所述铜镍合金粉末是由上述制备方法所制得。
[0020]进一步地，所述铜镍合金粉末的粒度范围在15
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53微米。
[0021]相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：
[0022]本专利技术通过添加镍元素可以提高铜合金的抗氧化性及在氧化性介质中的耐蚀性。本专利技术中镍含量控制为14
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18％，镍含量较高可提高合金的抗氧化性，并提高成型件的延伸率，使制得的粉末材料适用于制备耐蚀性、导热性要求高的高温环境结构件。
[0023]本专利技术通过添加铬元素来增加合金的高温强度和腐蚀抗力，若铬含量较高会导致加工过程中变形抗力大，加工成形困难，因此本专利技术将铬元素添加比例控制为6％
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8％，使制得的粉末材料同时具备优异的高温强度、腐蚀抗力和可加工性。
[0024]因为Si元素在高温下易与空气中O产生反应生成SiO2，在浇铸过程中易形成氧化物夹杂或依附在坩埚壁形成炉渣，而制备过程又极易因工艺不当造成Si元素的过量烧损。本专利技术为确保Si元素添加量，一方面控制雾化室真空度，后充入惰性气体作为保护气体；另一方面选择了二次加料的方式将硅源投入坩埚内，控制硅的加热时间较短，避免产生额外的烧损，通过调节熔炼功率对加热速度及温度进行控制，同时控制硅原料的体积，减少熔化时间，进一步防止了硅产生烧损。
[0025]本专利技术采用气雾化方式制备的铜镍合金粉末球形度高，成分易于控制，熔炼过程处于惰性气体保护环境，不易受到污染，粉末粒度符合增材制造标准，粉末收得率高。
具体实施方式
[0026]下面将通过实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]以下实施例1
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3中，原料质量配比如表1所示。
[0028]表1实施例1
‑
3的原料配比
[0029][0030][0031]实施例1
[0032]一种本专利技术的适用于增材制造的铜镍合金粉末的制备方法：
[0033]首先准备原料：分别称取电解铜30kg、电解镍6.4kg、工业铬2.8kg、工业硅720g；各原料中铁的总含量在750
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830ppm；通过打磨和抛光的方式去除电解铜表面的氧化层，放入真空干燥箱内100℃干燥3h；并将大块工业硅粉碎成体积不超过4cm3的小块。
[0034]S1、将电解铜、电解镍、工业铬依次放入熔炼坩埚内，硅放入二次加料口内，关闭熔炼室炉盖。为防止金属氧化，对雾化室级熔炼室抽真空，真空度低于0.1Pa之后充入氩气至标准大气压；将熔炼坩埚升温至1500℃后保温20min，确保电解铜、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于增材制造的铜镍合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将铜源、镍源和铬源加入熔炼坩埚中，抽真空至真空度低于0.1Pa，之后充入惰性气体，升温至熔炼温度后保温，进行熔炼；S2、铜源、镍源、铬源完全融化后，降温，加入硅源并保温5
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15min；S3、升温至1300
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1400℃，待硅源完全熔解后进行雾化，控制中间包温度为1250
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1400℃；S4、对气雾化粉末进行筛分，得到适用于增材制造的铜镍合金粉末。2.根据权利要求1所述的铜镍合金粉末的制备方法，其特征在于，所述铜源、镍源、铬源和硅源在总原料中所占的质量分数为：铜72％
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78.5％、镍14％
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18％、铬6％
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8％、硅1.5％
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2％。3.根据权利要求1所述的铜镍合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，降温至800
‑
900℃。4.根据权利要求1所述的铜镍合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈钰青，严雷鸣，颜铁林，方强，
申请(专利权)人：航天科工长沙新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：