一種利用激光增材技術(shù)制造銅鉻合金的方法

本發(fā)明提供一種利用激光增材技術(shù)制造銅鉻合金的方法，屬于金屬材料領(lǐng)域,。Cu‑Cr觸頭材料的顯微組織細化及超細化可望全面提升Cu‑Cr觸頭材料的綜合性能，同時使真空滅弧室絕緣強度升高,，特別是Cr相的細化有利于提高合金的耐電壓強度,、抗電弧燒蝕能力和降低合金的截流值。傳統(tǒng)的制備工藝如熔鑄,、粉末冶金法很難實現(xiàn)Cr相的細化以及Cr在銅中的均勻彌散分布,。本發(fā)明采用激光增材制造技術(shù)來制備整塊Cu‑Cr合金材料，該技術(shù)不但能夠細化Cr相,，提高合金的綜合性能,，同時能夠快速精密地制造出任意復雜形狀的零件，從而實現(xiàn)了零件自由制造,，解決了許多復雜結(jié)構(gòu)零件的成形,，并大大減少了加工工序，縮短了加工周期,。

權(quán)利要求書

1.一種利用激光增材技術(shù)制造銅鉻合金的方法,，其特征在于首先根據(jù)采用的激光打印方式選用合適粒度的球形銅粉末，然后選用平均粒度小于2微米的Cr粉末與銅粉末進行球磨混合,，通過控制球磨轉(zhuǎn)速和時間使Cr粉末能夠附著在球形Cu粉末的表面,，Cr粉的添加量根據(jù)設(shè)計的成分進行確定，其范圍可在5-60wt％進行任意調(diào)整,；將混合后的粉末置于激光打印機中在適當?shù)募す夤β屎蛼呙杷俣认麓蛴≈苽涑蓧K體,，然后再進行熱處理得到最終CuCr合金材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用激光增材技術(shù)制造銅鉻合金的方法,，其特征在于激光打印方式為粉末床打印和同軸送粉式堆積打印兩種,，其中粉床式打印時球形銅粉的粒度為5-35微米范圍，同軸送粉式堆積打印時銅粉的粒度為30-50微米,。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用激光增材技術(shù)制造銅鉻合金的方法,，其特征在于對于同軸送粉式堆積打印方式，打印過程采用氬氣氛保護,，激光功率控制在500-700W,，掃描速度控制在400-700mm/min,送粉速率10-15g/min。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用激光增材技術(shù)制造銅鉻合金的方法,，其特征在于對于粉床式激光打印方式,，氣氛采用氬氣氣氛，激光功率控制在50-200W范圍內(nèi),，掃描速度100-200mm/s,，激光束直徑100-200μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用激光增材技術(shù)制造銅鉻合金的方法，其特征在于采用真空進行熱處理,，熱處理溫度為650-900℃,，熱處理時間60-90min。

說明書
一種利用激光增材技術(shù)制造銅鉻合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域,，涉及一種利用激光增材技術(shù)制造銅鉻合金的方法,。
背景技術(shù)：
近年來，大功率電路斷路技術(shù)正在飛速發(fā)展,，其中用于中壓電路(5～38V)的真空開關(guān),，已成為主流產(chǎn)品。真空開關(guān)的工作原理是通過機械振動,，使真空室的動觸頭和靜觸頭分開和閉合，實現(xiàn)電路的開關(guān),。在觸頭分離的瞬間,，由于強電場的作用，觸頭間燃起電弧,，電弧的高溫使觸頭表面微區(qū)金屬融化并蒸發(fā)形成金屬蒸汽流,，直到金屬蒸汽密度太小，不足以維持電弧為止,，電路隨之斷開,。因此對真空開關(guān)來說，觸頭材料十分關(guān)鍵,，而且要求觸頭材料具有高導電率,、良好機械性能及抗腐蝕性能。

由CuCr合金的相圖可以發(fā)現(xiàn),，對于高Cr含量的CuCr合金,，其實際上是兩相結(jié)構(gòu)的假合金，這種結(jié)構(gòu)特點,，使CuCr都充分保持了各自的良好特性熔點低,、導電率和熱導率高的Cu組元，有利于提高真空開關(guān)的分斷能力,，而第二組元Cr具有較高的熔點,、較高的機械強度和較低的截流值，保證了真空開關(guān)具有良好的耐電壓,、抗燒蝕,、抗熔焊和低截流特性。現(xiàn)在CuCr合金則是目前被廣泛應(yīng)用的觸頭材料,。到目前為止,，尚未發(fā)現(xiàn)有新的電觸頭材料性能優(yōu)于CuCr合金。研究表明,，CuCr材料的性能取決于顯微組織,，特別是Cr顆粒的大小,，CuCr觸頭材料的顯微組織細化，成分均勻化和Cr粒子的細化能大幅度地提高其耐電壓強度和降低最大截留值,。因此,，研究晶粒更細的CuCr合金觸頭材料十分必要。

現(xiàn)今的CuCr合金常規(guī)制造技術(shù)主要包括混合熔鑄法,、機械合金法,、快速凝固法等�,；旌先坭T法雖然生產(chǎn)成本低,，但其生產(chǎn)的銅合金存在晶粒粗大、偏折嚴重,、雜質(zhì)含量高等問題,，此外由于Cu、Cr難以互溶的特性,，混合熔鑄技術(shù)難以制造出高鉻含量,、鉻分布均勻的CuCr合金。機械合金法是將銅粉與鉻粉混合后進行壓制成形和燒結(jié),，盡管能夠一定程度上改善Cr的分布,，但是仍然難以獲得全致密的CuCr合金。文獻報道的結(jié)果表明【劉杰,，周志明,，涂堅，黃燦,，柴林江,，黃偉九，王亞平,，激光表面處理Cu Cr50合金的顯微組織及性能,，表面技術(shù)，2016,，45(5)：169-174】,，Cu-Cr合金表面經(jīng)過進一步的激光重熔處理可以大幅度降低Cr相的尺寸，改善Cr在銅的中分布,，提高CuCr合金的硬度和耐磨性,，這說明CuCr合金通過激光重熔快速凝固的方法細化Cr相是可行的，但是文獻報道的激光表面重熔法只能用于Cu-Cr合金的表面改性,，不能用于制取整塊Cu-Cr合金材料,。因此，在現(xiàn)有研究結(jié)果基礎(chǔ)上，探索一種既可以制備塊體CuCr合金,，又能夠使得Cr在Cu中均勻分布的方法迫在眉睫,。


發(fā)明內(nèi)容：
本發(fā)明目的是提供一種既可以制備塊體CuCr合金，又能夠使得Cr在Cu中均勻分布的方法,。
一種利用激光增材技術(shù)制造銅鉻合金的方法,，其特征在于首先根據(jù)采用的激光打印方式選用合適粒度的球形銅粉末，然后選用平均粒度小于2微米的Cr粉末與銅粉末進行球磨混合,，通過控制球磨轉(zhuǎn)速和時間使Cr粉末能夠附著在球形Cu粉末的表面,，Cr粉的添加量根據(jù)設(shè)計的成分進行確定，其范圍可在5-60wt％進行任意調(diào)整,；將混合后的粉末置于激光打印機中在適當?shù)募す夤β屎蛼呙杷俣认麓蛴≈苽涑蓧K體,，然后再進行熱處理得到最終CuCr合金材料。

進一步地,，激光打印方式為粉末床打印和同軸送粉式堆積打印兩種,，其中粉床式打印時球形銅粉的粒度為5-35微米范圍，同軸送粉式堆積打印時銅粉的粒度為30-50微米,。

進一步地，對于同軸送粉式堆積打印方式,，打印過程采用氬氣氛保護,，激光功率控制在500-700W，掃描速度控制在400-700mm/min,送粉速率10-15g/min,。

進一步地,，對于粉床式激光打印方式，氣氛采用氬氣氣氛,，激光功率控制在50-200W范圍內(nèi),，掃描速度100-200mm/s，激光束直徑100-200μm,。
進一步地,，采用真空進行熱處理，熱處理溫度為650-900℃,，熱處理時間60-90min,。

本發(fā)明的優(yōu)點在于，采用激光增材制造的方法不但能夠細化Cr相,，提高合金的綜合性能,，同時能夠快速精密地制造出任意復雜形狀的CuCr合金零件，解決了許多復雜結(jié)構(gòu)零件的成形,，并大大減少了加工工序,，縮短了加工周期。

具體實施方式：
(1)采用粉床式激光打印CuCr35合金
首先選用粒度在5-35微米的球形銅粉和平均粒度小于2微米的Cr粉末，通過球磨進行混合,，球磨轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分種,，球磨時間60分鐘,銅粉與Cr粉的質(zhì)量比為65：35。將混合后的粉末置于粉床式激光打印機中,，采用氬氣氛保護,，激光功率采用150W，掃描速度150mm/s,，激光束直徑200μm,。最后再將打印制備的CuCr合金于900℃進行真空熱處理，熱處理時間60min,，然后隨爐冷卻得到最終的CuCr35合金,。
(2)采用激光同軸送粉堆積式打印CuCr55合金
首先選用粒度在30-50微米范圍內(nèi)的球形銅粉和平均粒度小于2微米的Cr粉末，通過球磨進行混合,，球磨轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分種,，球磨時間90分鐘,銅粉與Cr粉的質(zhì)量比為45：55。將混合后的粉末置于同軸送粉激光打印機中,，采用氬氣氛保護,，激光功率700W，掃描速度控制在700mm/min,送粉速率15g/min,。最后再將打印制備的CuCr合金在850℃進行真空熱處理,，熱處理時間90min，然后隨爐冷卻得到最終的CuCr55合金材料,。

申請人：北京科技大學
發(fā)明人：任淑彬  趙洋  明飛  陳玉紅  何新波  曲選輝