CN107774999A - 一种铜基合金的增材制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铜基合金的增材制造方法，属于金属材料制备技术领域。所述增材制造方法为激光选区熔化制造工艺，工艺条件为：激光功率200‑400W，光斑直径0.07‑0.1mm，扫描速度5‑10m/s，扫描间距0.04‑0.2mm，铺粉层厚0.02‑0.05mm。通过本发明激光选区熔化制造工艺制备得到的铜基合金的致密度达到95％以上，具有优异的力学性能，其抗拉强度达到350MPa以上，延伸率在35％‑70％之间。

Description

一种铜基合金的增材制造方法
技术领域
本发明涉及一种金属材料的增材制造方法，尤其涉及一种铜基合金的增材制造方法，属于金属材料制备技术领域。
背景技术
激光选区熔化技术(Selective Laser Melting，SLM)是21世纪以来迅猛发展的能直接制造终端、近终端金属产品的新型激光快速制造技术。是一种基于粉床铺粉的激光增材制造技术，可实现变截面、复杂内部流道等传统加工技术难以实现复杂薄壁精密构件的制造，具有成形精度高、内部质量好、力学性能好等优点。
目前，应用激光选区熔化技术可以打印铝合金、钛合金和高温合金等，如中国发明专利(公开号：CN104174845A)公开了一种选区激光熔化成型制备钛合金零件的方法，又如中国发明专利(公开号：CN105014073A)公开了一种TC4钛合金激光选区熔化增材制造及热处理方法，又如中国发明专利(公开号：104259459A)公开了一种采用选区激光熔化技术制备钛合金工艺品的方法，又如中国发明专利(公开号：107299239A)公开了一种选区激光熔化法制备石墨烯增强的铝基复合材料的方法。但是，迄今为止，打印铜合金的材料和方法还很缺乏。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种铜基合金的增材制造方法。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种铜基合金的增材制造方法，所述增材制造方法为激光选区熔化制造工艺，工艺条件为：激光功率200-400W，光斑直径0.07-0.1mm，扫描速度5-10m/s，扫描间距0.04-0.2mm，铺粉层厚0.02-0.05mm。
在上述的铜基合金的增材制造方法中，所述工艺条件为：激光功率300-400W，光斑直径0.07-0.1mm，扫描速度5-10m/s，扫描间距0.05-0.2mm，铺粉层厚0.02-0.05mm。
在上述的铜基合金的增材制造方法中，所述激光选区熔化制造工艺的工艺条件还包括：氧气含量＜0.1％。
在上述的铜基合金的增材制造方法中，所述铜基合金的组成成分及其质量百分含量为：Cu：60.5-63.5％、Fe≤0.15％、Pb≤0.08％、Sb≤0.005％、Bi≤0.002％、P≤0.01％、余量为Zn。
与现有技术相比，通过本发明激光选区熔化制造工艺制备得到的铜基合金的致密度达到95％以上，具有优异的力学性能，其抗拉强度达到350MPa以上，延伸率在35％-70％之间。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1：
构建Φ15×100mm圆柱零件的三维模型并将其输入3D打印编辑软件中，得到软件的二维切片数据并将其导入金属粉末激光熔化系统。取铜基合金粉末铺展在激光选区熔化设备中的底板上，并往激光选区熔化设备中通入惰性气体，至其内氧气含量在0.1％以下。循环往复地在底板上进行铺粉，激光熔化工序，直至最后一层加工完成后停止，再经过粉末清理后得到Φ15×100mm圆柱零件。
其中，铜基合金的组成成分及其质量百分含量为：Cu：60.5％、Fe≤0.15％、Pb≤0.08％、Sb≤0.005％、Bi≤0.002％、P≤0.01％、余量为Zn。
激光选区熔化制造工艺的工艺条件如下：激光功率为300W，光斑直径0.07mm，扫描速度为5m/s，扫描间距为0.05mm，铺粉层厚为0.02mm。
实施例2：
构建Φ15×100mm圆柱零件的三维模型并将其输入3D打印编辑软件中，得到软件的二维切片数据并将其导入金属粉末激光熔化系统。取铜基合金粉末铺展在激光选区熔化设备中的底板上，并往激光选区熔化设备中通入惰性气体，至其内氧气含量在0.1％以下。循环往复地在底板上进行铺粉，激光熔化工序，直至最后一层加工完成后停止，再经过粉末清理后得到Φ15×100mm圆柱零件。
其中，铜基合金的组成成分及其质量百分含量为：Cu：61％、Fe≤0.15％、Pb≤0.08％、Sb≤0.005％、Bi≤0.002％、P≤0.01％、余量为Zn。
激光选区熔化制造工艺的工艺条件如下：激光功率为350W，光斑直径0.08mm，扫描速度为7m/s，扫描间距为0.1mm，铺粉层厚为0.03mm。
实施例3：
构建Φ15×100mm圆柱零件的三维模型并将其输入3D打印编辑软件中，得到软件的二维切片数据并将其导入金属粉末激光熔化系统。取铜基合金粉末铺展在激光选区熔化设备中的底板上，并往激光选区熔化设备中通入惰性气体，至其内氧气含量在0.1％以下。循环往复地在底板上进行铺粉，激光熔化工序，直至最后一层加工完成后停止，再经过粉末清理后得到Φ15×100mm圆柱零件。
其中，铜基合金的组成成分及其质量百分含量为：Cu：62％、Fe≤0.15％、Pb≤0.08％、Sb≤0.005％、Bi≤0.002％、P≤0.01％、余量为Zn。
激光选区熔化制造工艺的工艺条件如下：激光功率为400W，光斑直径0.09mm，扫描速度为9m/s，扫描间距为0.15mm，铺粉层厚为0.04mm。
实施例4：
构建Φ15×100mm圆柱零件的三维模型并将其输入3D打印编辑软件中，得到软件的二维切片数据并将其导入金属粉末激光熔化系统。取铜基合金粉末铺展在激光选区熔化设备中的底板上，并往激光选区熔化设备中通入惰性气体，至其内氧气含量在0.1％以下。循环往复地在底板上进行铺粉，激光熔化工序，直至最后一层加工完成后停止，再经过粉末清理后得到Φ15×100mm圆柱零件。
其中，铜基合金的组成成分及其质量百分含量为：Cu：63％、Fe≤0.15％、Pb≤0.08％、Sb≤0.005％、Bi≤0.002％、P≤0.01％、余量为Zn。
激光选区熔化制造工艺的工艺条件如下：激光功率为400W，光斑直径0.1mm，扫描速度为10m/s，扫描间距为0.2mm，铺粉层厚为0.05mm。
实施例5：
构建Φ15×100mm圆柱零件的三维模型并将其输入3D打印编辑软件中，得到软件的二维切片数据并将其导入金属粉末激光熔化系统。取铜基合金粉末铺展在激光选区熔化设备中的底板上，并往激光选区熔化设备中通入惰性气体，至其内氧气含量在0.1％以下。循环往复地在底板上进行铺粉，激光熔化工序，直至最后一层加工完成后停止，再经过粉末清理后得到Φ15×100mm圆柱零件。
其中，铜基合金的组成成分及其质量百分含量为：Cu：63.5％、Fe≤0.15％、Pb≤0.08％、Sb≤0.005％、Bi≤0.002％、P≤0.01％、余量为Zn。
激光选区熔化制造工艺的工艺条件如下：激光功率为400W，光斑直径0.08mm，扫描速度为8m/s，扫描间距为0.15mm，铺粉层厚为0.04mm。
实施例6：
构建Φ15×100mm圆柱零件的三维模型并将其输入3D打印编辑软件中，得到软件的二维切片数据并将其导入金属粉末激光熔化系统。取铜基合金粉末铺展在激光选区熔化设备中的底板上，并往激光选区熔化设备中通入惰性气体，至其内氧气含量在0.1％以下。循环往复地在底板上进行铺粉，激光熔化工序，直至最后一层加工完成后停止，再经过粉末清理后得到Φ15×100mm圆柱零件。
其中，铜基合金的组成成分及其质量百分含量为：Cu：60.5％、Fe≤0.15％、Pb≤0.08％、Sb≤0.005％、Bi≤0.002％、P≤0.01％、余量为Zn。
激光选区熔化制造工艺的工艺条件如下：激光功率为200W，光斑直径0.07mm，扫描速度为5m/s，扫描间距为0.05mm，铺粉层厚为0.02mm。
实施例7：
构建Φ15×100mm圆柱零件的三维模型并将其输入3D打印编辑软件中，得到软件的二维切片数据并将其导入金属粉末激光熔化系统。取铜基合金粉末铺展在激光选区熔化设备中的底板上，并往激光选区熔化设备中通入惰性气体，至其内氧气含量在0.1％以下。循环往复地在底板上进行铺粉，激光熔化工序，直至最后一层加工完成后停止，再经过粉末清理后得到Φ15×100mm圆柱零件。
其中，铜基合金的组成成分及其质量百分含量为：Cu：60.5％、Fe≤0.15％、Pb≤0.08％、Sb≤0.005％、Bi≤0.002％、P≤0.01％、余量为Zn。
激光选区熔化制造工艺的工艺条件如下：激光功率为200W，光斑直径0.07mm，扫描速度为5m/s，扫描间距为0.04mm，铺粉层厚为0.02mm。
对实施例1-7得到的Φ15×100mm圆柱零件测定其致密度和力学性能，结果如表1所示。可见实施例5的致密度和综合力学性能最优。
表1：
鉴于本发明方案实施例众多，各实施例实验数据庞大众多，不适合于此处逐一列举说明，但是各实施例所需要验证的内容和得到的最终结论均接近。故而此处不对各个实施例的验证内容进行逐一说明，仅以实施例1-7作为代表说明本发明申请优异之处。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种铜基合金的增材制造方法，其特征在于，所述增材制造方法为激光选区熔化制造工艺，工艺条件为：激光功率200-400W，光斑直径0.07-0.1mm，扫描速度5-10m/s，扫描间距0.04-0.2mm，铺粉层厚0.02-0.05mm。
2.根据权利要求1所述的铜基合金的增材制造方法，其特征在于，所述工艺条件为：激光功率300-400W，光斑直径0.07-0.1mm，扫描速度5-10m/s，扫描间距0.05-0.2mm，铺粉层厚0.02-0.05mm。
3.根据权利要求1或2所述的铜基合金的增材制造方法，其特征在于，所述激光选区熔化制造工艺的工艺条件还包括：氧气含量＜0.1％。
4.根据权利要求3所述的铜基合金的增材制造方法，其特征在于，所述铜基合金的组成成分及其质量百分含量为：Cu：60.5-63.5％、Fe≤0.15％、Pb≤0.08％、Sb≤0.005％、Bi≤0.002％、P≤0.01％、余量为Zn。
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