【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属增材制造，具体涉及一种激光3d打印用铜基复合材料粉末的制备方法。
技术介绍
1、铜基复合材料具有优异的导电导热性能、良好的力学性能和耐腐蚀性能，在电工电子、机械制造、航空航天和国防军工等领域具有广阔的应用前景。如：w/cu复合材料广泛应用于高压电器开关触头、电加工电极、电子封装，并作为发汗自冷材料用于火箭、导弹的喷管喉衬和燃气舵，al2o3/cu复合材料用于大规模集成电路引线框架，石墨/铜复合材料用于高速列车用制动闸片，金刚石/铜复合材料用于新一代电子封装材料，石墨烯/铜复合材料可作为大容量电容器和电池等储能元件的极片。
2、铜基复合材料的制备方法主要有粉末冶金、复合铸造、液态金属原位生成和内氧化法等。随着轨道交通、航空航天、电子封装等领域的迅速发展，对铜基复合材料零部件的结构复杂性和快速原型制造响应能力提出了更高的要求。上述铜基复合材料的制备技术均存在工艺流程复杂、制造周期长、需进行二次加工等问题，且难以制备大尺寸件和复杂结构件，限制了铜基复合材料优越性能的发挥。发展短流程、近净成形的激光3d打印技术是解决铜基复合材料成形难题、进一步拓宽其应用领域的重要途径。适用于铜基复合材料的激光3d打印技术主要包括激光粉末床熔融、激光送粉直接制造和激光熔覆等。激光3d打印成形的原理是通过专用软件对零件三维数模进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，利用高能激光束根据轮廓数据将金属粉末熔化并快速凝固，通过逐层铺粉或同轴送粉实现三维零件的熔化—凝固堆积成形。原料粉末的质量直接影响激光3d打印的成形过程和成形件性能，
3、目前，激光3d打印制备铜基复合材料多采用直接混合粉末，即将球形铜或铜合金粉末与强化相或功能相组元粉末直接机械混合。由于w、al2o3、金刚石等第二相粉末的密度和粒径与铜基粉末相差悬殊，在预混过程中往往存在混合不均匀、细粉团聚等问题，导致打印件组织不均匀，第二相与基体界面结合差，严重影响打印件的综合性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种球形度和流动性好、致密度高、组元分布均匀的激光3d打印用铜基复合材料粉末的制备方法。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、一种激光3d打印用铜基复合材料粉末的制备方法，包括如下步骤：
4、步骤一：以铜基复合材料各组元的粉末为原料，按照成分设计比例将原料粉末与溶剂、分散剂、粘结剂进行球磨混合，配制成固含量50%～80%的稳定浆料，通过离心喷雾干燥装置对浆料进行喷雾干燥，进风温度为110～180℃，雾化器转速为6000～24000rpm，得到球化制粒粉末。
5、步骤二：将步骤一得到的球化制粒粉末与一定比例的超细氧化铜粉末均匀混合，真空包装后进行冷等静压处理，压力为20～120mpa，保压时间30秒～10分钟；然后将冷压块体在氩气气氛下烧结，烧结温度为980～1300℃，保温时间30～240分钟，烧结气氛压力5pa～5mpa；
6、步骤三：将烧结块体敲碎或压碎至小于5mm颗粒，随后进行气流破碎和分级，取目标粒径范围内的粉末在氢气气流下进行还原脱氧处理，脱氧温度为350～600℃，脱氧时间为20～90分钟，冷却后得到激光3d打印用铜基复合材料粉末。
7、步骤一中所述铜基复合材料由基体组元和其余组元构成，基体组元为铜或铜合金，其余组元为增强相或功能相或两者的组合。
8、进一步地，作为基体组元的铜合金选自cu-zn合金、cu-sn合金、cu-ni合金、cu-al合金、cu-be合金、cu-cr-zr合金中的一种；作为增强相或功能相的组元选自wc、sic、tic、tib2、al2o3、sio2、zro2、y2o3、mos2、ws2、mose2、wse2、w、mo、石墨烯、石墨、金刚石中的一种或多种。
9、进一步地，步骤一中，铜或铜合金基体组元原料粉末粒径范围为0.2～10μm，其余组元原料粉末粒径根据材料性能进行选择，不超过10μm。
10、进一步地，步骤一中，铜基复合材料中（基体组元：其余组元）质量比例=10：90～99.9：0.1。
11、步骤一中所述溶剂选自水、乙醇、水和乙醇任意比混合物中的一种；分散剂选自聚乙烯、聚丙烯、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯、聚氧乙烯硬脂酸酯中的一种；粘结剂选自聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸、柠檬酸中的一种。
12、进一步地，步骤二中，超细氧化铜粉末粒平均粒径0.05～1μm，其比例占混合物粉末质量的5～10%。
13、采用上述方法制备的激光3d打印用铜基复合材料粉末的致密度≥99%，粉末松装密度不低于同组元铜基复合材料块体理论密度的48%。
14、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
15、（1）本专利技术采用球磨混合配制浆料，能够有效解决异种粉末密度和尺寸差异引起的组分偏析和团聚问题，实现基体组元与其余组元的均匀混合和弥散分布。
16、（2）本专利技术以超细氧化铜粉末作为物理阻隔剂，对球化制粒铜基复合材料粉末进行冷等静压和气氛烧结处理，在显著提高粉体颗粒致密度的同时，能够有效防止颗粒间发生粘连和烧结，最大程度继承喷雾干燥制粒粉末的球形形貌，确保铜基复合材料粉末的分散性和流动性。
17、（3）本专利技术通过气流破碎及分级即可将大部分的阻隔介质超细氧化铜粉末去除，对于残留在粉末颗粒表面的少量氧化铜粉末采用氢还原脱氧去除，保证铜基复合材料粉末的纯度。
18、（4）本专利技术制备的铜基复合材料粉末具有粗糙表面，能够显著提高粉末对激光的吸收率，提升激光3d打印增材制造能效，确保打印过程稳定进行。
19、（5）本专利技术方法制备工艺流程简单，无特殊设备及工装要求，采用常规的粉末冶金设备即可进行工业化生产。
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1.一种激光3D打印用铜基复合材料粉末的制备方法，其特征在于：所述铜基复合材料粉末由基体组元和其余组元构成，其中基体组元为铜或铜合金，其余组元为增强相或功能相或两者的组合，该粉末的制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种激光3D打印用铜基复合材料粉末的制备方法，其特征在于：作为基体组元的铜合金选自Cu-Zn合金、Cu-Sn合金、Cu-Ni合金、Cu-Al合金、Cu-Be合金、Cu-Cr-Zr合金中的一种；作为增强相或功能相的组元选自WC、SiC、TiC、TiB2、Al2O3、SiO2、ZrO2、Y2O3、MoS2、WS2、MoSe2、WSe2、W、Mo、石墨烯、石墨、金刚石中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种激光3D打印用铜基复合材料粉末的制备方法，其特征在于：步骤一中，铜或铜合金基体组元原料粉末平均粒径0.2～10μm，其余组元原料粉末粒径根据材料性能进行选择，不超过10μm。
4.根据权利要求1所述的一种激光3D打印用铜基复合材料粉末的制备方法，其特征在于：步骤一中，铜基复合材料粉末成分设计质量比基体组元：其余组元=1
5.根据权利要求1所述的一种激光3D打印用铜基复合材料粉末的制备方法，其特征在于：所述溶剂选自水、乙醇、水和乙醇任意比混合物中的一种；分散剂选自聚乙烯、聚丙烯、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯、聚氧乙烯硬脂酸酯中的一种；粘结剂选自聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸、柠檬酸中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种激光3D打印用铜基复合材料粉末的制备方法，其特征在于：步骤二中，超细氧化铜粉末平均粒径0.05～1μm，其比例为球化制粒粉末质量的5～10%。
7.根据权利要求1所述的一种激光3D打印用铜基复合材料粉末的制备方法，其特征在于：步骤三中，气流破碎前先将烧结块体敲碎或压碎至小于5mm颗粒。
8.根据权利要求1所述的一种激光3D打印用铜基复合材料粉末的制备方法，其特征在于：采用上述方法制备的激光3D打印用铜基复合材料粉末的致密度≥99%，粉末松装密度不低于同组元铜基复合材料块体理论密度的48%。
...【技术特征摘要】
1.一种激光3d打印用铜基复合材料粉末的制备方法，其特征在于：所述铜基复合材料粉末由基体组元和其余组元构成，其中基体组元为铜或铜合金，其余组元为增强相或功能相或两者的组合，该粉末的制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种激光3d打印用铜基复合材料粉末的制备方法，其特征在于：作为基体组元的铜合金选自cu-zn合金、cu-sn合金、cu-ni合金、cu-al合金、cu-be合金、cu-cr-zr合金中的一种；作为增强相或功能相的组元选自wc、sic、tic、tib2、al2o3、sio2、zro2、y2o3、mos2、ws2、mose2、wse2、w、mo、石墨烯、石墨、金刚石中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种激光3d打印用铜基复合材料粉末的制备方法，其特征在于：步骤一中，铜或铜合金基体组元原料粉末平均粒径0.2～10μm，其余组元原料粉末粒径根据材料性能进行选择，不超过10μm。
4.根据权利要求1所述的一种激光3d打印用铜基复合材料粉末的制备方法，其特征在于：步骤一中，铜基...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶楠，毛杰，卓海鸥，唐建成，李伊力，
申请(专利权)人：江西国创院新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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