CN111926203B - 利用SLM激光打印技术制备叠层结构的纯铜和Cu-Cr-Zr合金的方法 - Google Patents

利用SLM激光打印技术制备叠层结构的纯铜和Cu-Cr-Zr合金的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用SLM激光打印技术制备叠层结构的纯铜和Cu‑Cr‑Zr合金的方法，包括以下步骤：S1、通过雾化制粉设备制备纯铜粉末和Cu‑Cr‑Zr合金粉末，并筛选出合适粒径的原料粉末；S2、对SLM激光打印设备成型室进行脱氧处理，并对SLM激光打印设备基板进行预热至100~200℃；S3、将步骤S1所得纯铜粉末和Cu‑Cr‑Zr合金粉末利用SLM激光打印设备打印成型，每20~30层纯铜粉末与20~30层Cu‑Cr‑Zr合金粉末交替打印，形成纯铜和Cu‑Cr‑Zr合金交替叠层结构的新型材料；S4、对步骤S3所得新型材料进行时效热处理，时效温度为400~600℃，时间为3~6h；通过本发明制备的新型材料兼具高强高导的优良性能，适宜大量推广。

Description

利用SLM激光打印技术制备叠层结构的纯铜和Cu-Cr-Zr合金 的方法
技术领域
本发明涉及高强高导铜合金材料技术领域，具体涉及一种利用SLM激光打印技术制备叠层结构的纯铜和Cu-Cr-Zr合金的方法。
背景技术
选择性激光熔化(SLM)是一种著名的增材制造/3D打印工艺，利用激光逐层照射，通过堆焊和熔融的方式，生产金属粉末的三维物体。激光束开始扫描前，铺粉装置先把金属粉末平推到成型缸的基板上，激光束再按当前层的填充轮廓线选区融化基板上的粉末，加工出当前层，然后成型缸下降一个层厚的距离，粉料缸上升一定厚度的距离，铺粉装置再在已加工好的当前层上铺好金属粉末。
由于铜具有良好的导电性和热导性，用铜和铜合金粉末进行SLM工艺作为生产电机转子、换向器和散热器等传热部件的方法受到了广泛的关注，然而，由于SLM铜材料具有较高的激光反射率，使该材料的致密化较为困难。激光吸收率低及热导率高，使得纯铜SLM试样很少能成功致密化。因此研究纯铜及铜合金的SLM成型技术具有极大的意义。
铜合金的强度和导电性是相互矛盾的一对参数，如何制备兼具高的导电性同时又具有较高强度的铜合金材料是研究者一直努力的方向。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种雾化制粉及利用SLM激光打印技术制备叠层结构的纯铜和Cu-Cr-Zr合金的方法。
本发明的技术方案为：雾化制粉及利用SLM激光打印技术制备叠层结构的纯铜和Cu-Cr-Zr合金的方法，包括：
S1、通过雾化制粉设备制备纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末，并筛选出平均粒径为25~45 μm的纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末；
S2、利用氩气对SLM激光打印设备成型室进行脱氧处理，使其氧气浓度≤0.05 %，并对SLM激光打印设备基板进行预热，预热温度为100~200 ℃；
S3、将步骤S1所得纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末利用SLM激光打印设备交替打印，形成纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末交替叠层结构的新型材料，SLM激光打印时纯铜粉末层与Cu-Cr-Zr合金粉末层激光扫描相差旋转30~67 °，用于释放打印时产生的残余应力，激光功率为300~350 W，每层的粉末厚度控制在0.03~0.05 mm，每20~30层纯铜粉末与20~30层Cu-Cr-Zr合金粉末交替打印，形成纯铜和Cu-Cr-Zr合金交替叠层结构的新型材料；其中，Cu-Cr-Zr合金粉末层的重量百分比组成为：Cr：0.5 wt%~5.0 wt%，Zr：0.03 wt%~3.0 wt%，余量为Cu；
S4、对步骤S3所得新型材料进行时效热处理，时效热处理温度为400~600 ℃，时间为3~6 h。
进一步地，步骤S1中纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末的制备方法为：（1）将金属原料车削成合金带，并用盐酸进行洗涤、干燥；（2）将洗涤、干燥后的合金带进行粉碎，得到初级合金粉末；（3）将初级合金粉末置于真空感应熔炼炉的冷铜坩埚中进行熔炼，最后利用氩气进行气雾化制粉，即可得到合金粉末；其中，真空感应熔炼炉内压强为4000~7500 Pa、气雾化压力为35~80 bar，通过本方法制备的金属粉末球形度高，粉末间不易粘结和氧化，从而满足工业生产需求。
进一步地，步骤S2中，脱氧处理的具体操作为：先对SLM激光打印设备成型室抽真空，然后通入纯度为99.99wt％的高纯氩气，通过对成型室进行脱氧处理，能够避免金属粉末层扫描打印时出现气孔，提高成型合金材料的致密度。
进一步地，步骤S3中，SLM激光打印时，首先利用300~320 W的激光对纯铜粉末层和Cu-Cr-Zr合金粉末层的边缘区域进行扫描打印，然后利用320~350 W的激光对纯铜粉末层和Cu-Cr-Zr合金粉末层的中心区域进行扫描打印，利用不同功率的激光对金属粉末层进行打印，能够提高成型后金属材料的表面质量，从而提高生产效率。
进一步地，步骤S4中，时效热处理的具体操作为：在真空环境下，将新型材料在0.5~1.2 h内升温至400~600 ℃；然后在400~600 ℃条件下保温2.5~4.8 h，最后空冷至室温即可，通过对新型材料进行时效热处理，能够显著改善材料内部组织的均匀性，消除材料本身力学性能的各向异性。
进一步地，步骤S4完成后，对所述新型材料进行表面喷砂处理，清洗干燥后涂抹防锈助剂；防锈助剂由以下重量百分比的原料组成：苯丙三氮唑1~2 %、二烷基二硫代磷酸锌0.5~2 %、成膜树脂2~5 %、铝酸酯偶联剂1.5~3 %、聚乙烯醇2~5 %、六偏磷酸钠0.8~1.2 %、辛基酚聚氧乙烯醚3~6 %、抗氧化剂0.5~1 %、余量为矿物油；通过表面喷砂处理能够使成型材料表面的浮粉脱落，降低材料表面粗糙度，进而提高材料的抗疲劳性能；通过涂抹防锈助剂，能够降低材料在空气中的腐蚀速率，延长材料的使用寿命。
更进一步地，防锈助剂的制备方法为：先将矿物油加入反应釜中，然后向反应釜加入苯丙三氮唑、二烷基二硫代磷酸锌、成膜树脂、聚乙烯醇和六偏磷酸钠，搅拌升温至90~120 ℃，并反应0.8~2 h；最后加入铝酸酯偶联剂、辛基酚聚氧乙烯醚和抗氧化剂，搅拌均匀后在120～145 ℃温度条件下混炼、塑化挤出，即得防锈助剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的高强高导Cu-Cr-Zr合金使用新型的SLM成型工艺，省去了传统的锻造、轧制、挤压等加工工序，减少了生产流程，同时是一种近净成型工艺，可以根据使用要求打印出最终产品的形状。
2、本发明的高强高导铜合金具有纯铜层和Cu-Cr-Zr层交替的叠层结构，纯铜层保证该材料的导电性，Cu-Cr-Zr层保证该材料的高强度，最终可以到达抗拉强度≥650MPa，导电率≥90%IACS的高强高导组合。
3、本发明利用选择性激光熔化的非平衡凝固技术，能够提高Cu-Cr-Zr合金元素的固态最大溶解度，从而提高Cu-Cr-Zr合金的性能。
附图说明
图1是本发明的激光扫描成型方向示意图；
图2是本发明的Cu-Cr-Zr粉末金相图；
图3是本发明所制备的新型材料的交替叠层结构示意图。
具体实施方式
实施例1：雾化制粉及利用SLM激光打印技术制备叠层结构的纯铜和Cu-Cr-Zr合金的方法，包括：
S1、通过雾化制粉设备制备纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末，并筛选出平均粒径为25μm的纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末；纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末的制备方法为：（1）将金属原料车削成合金带，并用盐酸进行洗涤、干燥；（2）将洗涤、干燥后的合金带进行粉碎，得到初级合金粉末；（3）将初级合金粉末置于真空感应熔炼炉的冷铜坩埚中进行熔炼，最后利用氩气进行气雾化制粉，即可得到合金粉末；其中，真空感应熔炼炉内压强为4000 Pa、气雾化压力为35 bar，通过方法制备的金属粉末球形度高，粉末间不易粘结和氧化，从而满足工业生产需求；
S2、先对SLM激光打印设备成型室抽真空，然后通入纯度为99.99 wt％的高纯氩气，通过对成型室进行脱氧处理，使其氧气浓度为0.05 %，能够避免金属粉末层扫描打印时出现气孔，提高成型合金材料的致密度，并对SLM激光打印设备基板进行预热，预热温度为100 ℃；
S3、将步骤S1所得纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末交叠利用SLM激光打印设备交替打印，形成纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末交替叠层结构的新型材料，SLM激光打印时纯铜粉末层与Cu-Cr-Zr合金粉末层激光扫描方向相差30 °，用于释放打印时产生的残余应力，激光功率为300 W，每层的粉末厚度控制在0.03 mm，每20层纯铜粉末与20层Cu-Cr-Zr合金粉末交替打印，形成纯铜和Cu-Cr-Zr合金交替叠层结构的新型材料；其中，Cu-Cr-Zr合金粉末层的重量百分比组成为：Cr：0.5 wt%，Zr：0.03 wt%，余量为Cu；打印样品的尺寸为Φ50*200mm；
S4、对步骤S3所得新型材料进行时效热处理，时效热处理温度为400 ℃，时间为3h。
实施例2：雾化制粉及利用SLM激光打印技术制备叠层结构的纯铜和Cu-Cr-Zr合金的方法，包括：
S1、通过雾化制粉设备制备纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末，并筛选出平均粒径为36 μm的纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末；纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末的制备方法为：（1）将金属原料车削成合金带，并用盐酸进行洗涤、干燥；（2）将洗涤、干燥后的合金带进行粉碎，得到初级合金粉末；（3）将初级合金粉末置于真空感应熔炼炉的冷铜坩埚中进行熔炼，最后利用氩气进行气雾化制粉，即可得到合金粉末；其中，真空感应熔炼炉内压强为6300Pa、气雾化压力为59 bar，通过方法制备的金属粉末球形度高，粉末间不易粘结和氧化，从而满足工业生产需求；
S2、先对SLM激光打印设备成型室抽真空，然后通入纯度为99.99 wt％的高纯氩气，通过对成型室进行脱氧处理，使其氧气浓度为0.03 %，能够避免金属粉末层扫描打印时出现气孔，提高成型合金材料的致密度，并对SLM激光打印设备基板进行预热，预热温度为130 ℃；
S3、将步骤S1所得纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末交叠利用SLM激光打印设备交替打印，形成纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末交替叠层结构的新型材料，SLM激光打印时纯铜粉末层与Cu-Cr-Zr合金粉末层激光扫描方向相差45 °，用于释放打印时产生的残余应力，每层的粉末厚度控制在0.04 mm，每26层纯铜粉末与26层Cu-Cr-Zr合金粉末交替打印，形成纯铜和Cu-Cr-Zr合金交替叠层结构的新型材料；其中，Cu-Cr-Zr合金粉末层的重量百分比组成为：Cr：1.2 wt%，Zr：0.24 wt%，余量为Cu；SLM激光打印时，首先利用300 W的激光对纯铜粉末层和Cu-Cr-Zr合金粉末层的边缘区域进行扫描打印，然后利用320 W的激光对纯铜粉末层和Cu-Cr-Zr合金粉末层的中心区域进行扫描打印，利用不同功率的激光对金属粉末层进行打印，能够提高成型后金属材料的表面质量，从而提高生产效率；打印样品的尺寸为Φ50*200 mm；
S4、对步骤S3所得新型材料进行时效热处理，时效热处理温度为510 ℃，时间为5h。
实施例3：雾化制粉及利用SLM激光打印技术制备叠层结构的纯铜和Cu-Cr-Zr合金的方法，包括：
S1、通过雾化制粉设备制备纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末，并筛选出平均粒径为45μm的纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末；纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末的制备方法为：（1）将金属原料车削成合金带，并用盐酸进行洗涤、干燥；（2）将洗涤、干燥后的合金带进行粉碎，得到初级合金粉末；（3）将初级合金粉末置于真空感应熔炼炉的冷铜坩埚中进行熔炼，最后利用氩气进行气雾化制粉，即可得到合金粉末；其中，真空感应熔炼炉内压强为7500 Pa、气雾化压力为80 bar，通过方法制备的金属粉末球形度高，粉末间不易粘结和氧化，从而满足工业生产需求；
S2、先对SLM激光打印设备成型室抽真空，然后通入纯度为99.99 wt％的高纯氩气，使其氧气浓度为0.03 %，通过对成型室进行脱氧处理，能够避免金属粉末层扫描打印时出现气孔，提高成型合金材料的致密度；并对SLM激光打印设备基板进行预热，预热温度为200 ℃；
S3、将步骤S1所得纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末利用SLM激光打印设备交替打印，形成纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末交替叠层结构的新型材料，SLM激光打印时纯铜粉末层与Cu-Cr-Zr合金粉末层激光扫描方向相差67 °，用于释放打印时产生的残余应力，激光功率为350 W，每层的粉末厚度控制在0.05 mm，每30层纯铜粉末与30层Cu-Cr-Zr合金粉末交替打印，形成纯铜和Cu-Cr-Zr合金交替叠层结构的新型材料；其中，Cu-Cr-Zr合金粉末层的重量百分比组成为：Cr：5.0 wt%，Zr：3.0 wt%，余量为Cu；打印样品的尺寸为Φ50*200 mm；
S4、对步骤S3所得新型材料进行时效热处理：在真空环境下，将新型材料在0.5 h内升温至400 ℃；然后在400 ℃条件下保温2.5 h，最后空冷至室温即可，通过对新型材料进行时效热处理，能够显著改善材料内部组织的均匀性，消除材料本身力学性能的各向异性。
实施例4：雾化制粉及利用SLM激光打印技术制备叠层结构的纯铜和Cu-Cr-Zr合金的方法，包括：
S1、通过雾化制粉设备制备纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末，并筛选出平均粒径为25μm的纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末；纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末的制备方法为：（1）将金属原料车削成合金带，并用盐酸进行洗涤、干燥；（2）将洗涤、干燥后的合金带进行粉碎，得到初级合金粉末；（3）将初级合金粉末置于真空感应熔炼炉的冷铜坩埚中进行熔炼，最后利用氩气进行气雾化制粉，即可得到合金粉末；其中，真空感应熔炼炉内压强为4000 Pa、气雾化压力为35 bar，通过方法制备的金属粉末球形度高，粉末间不易粘结和氧化，从而满足工业生产需求；
S2、脱氧处理的具体操作为：先对SLM激光打印设备成型室抽真空，然后通入纯度为99.99 wt％的高纯氩气，使其氧气浓度为0.03 %，通过对成型室进行脱氧处理，能够避免金属粉末层扫描打印时出现气孔，提高成型合金材料的致密度；并对SLM激光打印设备基板进行预热，预热温度为135 ℃；
S3、将步骤S1所得纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末利用SLM激光打印设备交替打印，形成纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末交替叠层结构的新型材料，SLM激光打印时纯铜粉末层与Cu-Cr-Zr合金粉末层激光扫描方向相差45 °，用于释放打印时产生的残余应力，激光功率为350 W，每层的粉末厚度控制在0.03 mm，每20层纯铜粉末与20层Cu-Cr-Zr合金粉末交替打印，形成纯铜和Cu-Cr-Zr合金交替叠层结构的新型材料；其中，Cu-Cr-Zr合金粉末层的重量百分比组成为：Cr：1.8 wt%，Zr：0.38 wt%，余量为Cu；打印样品的尺寸为Φ50*200 mm；
S4、对步骤S3所得新型材料进行时效热处理，在真空环境下，将新型材料在0.8 h内升温至520 ℃；然后在520 ℃条件下保温3.5 h，最后空冷至室温即可，通过对新型材料进行时效热处理，能够显著改善材料内部组织的均匀性，消除材料本身力学性能的各向异性；然后对新型材料进行表面喷砂处理，清洗干燥后涂抹防锈助剂；防锈助剂由以下重量百分比的原料组成：苯丙三氮唑1 %、二烷基二硫代磷酸锌0.5 %、成膜树脂2 %、铝酸酯偶联剂1.5 %、聚乙烯醇2 %、六偏磷酸钠0.8 %、辛基酚聚氧乙烯醚3 %、抗氧化剂0.5 %、余量为矿物油；通过表面喷砂处理能够使成型材料表面的浮粉脱落，降低材料表面粗糙度，进而提高材料的抗疲劳性能；通过涂抹防锈助剂，能够降低材料在空气中的腐蚀速率，延长材料的使用寿命。
实施例5：雾化制粉及利用SLM激光打印技术制备叠层结构的纯铜和Cu-Cr-Zr合金的方法，包括：
S1、通过雾化制粉设备制备纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末，并筛选出平均粒径为33 μm的纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末；纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末的制备方法为：（1）将金属原料车削成合金带，并用盐酸进行洗涤、干燥；（2）将洗涤、干燥后的合金带进行粉碎，得到初级合金粉末；（3）将初级合金粉末置于真空感应熔炼炉的冷铜坩埚中进行熔炼，最后利用氩气进行气雾化制粉，即可得到合金粉末；其中，真空感应熔炼炉内压强为6200Pa、气雾化压力为70 bar，通过方法制备的金属粉末球形度高，粉末间不易粘结和氧化，从而满足工业生产需求；
S2、脱氧处理的具体操作为：先对SLM激光打印设备成型室抽真空，然后通入纯度为99.99 wt％的高纯氩气，使其氧气浓度为0.04 %，通过对成型室进行脱氧处理，能够避免金属粉末层扫描打印时出现气孔，提高成型合金材料的致密度；并对SLM激光打印设备基板进行预热，预热温度为130℃；
S3、将步骤S1所得纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末利用SLM激光打印设备交替打印，形成纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末交替叠层结构的新型材料，SLM激光打印时纯铜粉末层与Cu-Cr-Zr合金粉末层激光扫描方向相差67 °，用于释放打印时产生的残余应力，激光功率为350 W，每层的粉末厚度控制在0.03 mm，每20层纯铜粉末与20层Cu-Cr-Zr合金粉末交替打印，形成纯铜和Cu-Cr-Zr合金交替叠层结构的新型材料；其中，Cu-Cr-Zr合金粉末层的重量百分比组成为：Cr：2.4 wt%，Zr：0.28 wt%，余量为Cu；SLM激光打印时，首先利用310 W的激光对纯铜粉末层和Cu-Cr-Zr合金粉末层的边缘区域进行扫描打印，然后利用340 W的激光对纯铜粉末层和Cu-Cr-Zr合金粉末层的中心区域进行扫描打印，利用不同功率的激光对金属粉末层进行打印，能够提高成型后金属材料的表面质量，从而提高生产效率；打印样品的尺寸为Φ50*200 mm；
S4、对步骤S3所得新型材料进行时效热处理，时效热处理温度为600 ℃，时间为6h，然后对新型材料进行表面喷砂处理，清洗干燥后涂抹防锈助剂；防锈助剂由以下重量百分比的原料组成：苯丙三氮唑2 %、二烷基二硫代磷酸锌2 %、成膜树脂5 %、铝酸酯偶联剂3%、聚乙烯醇5 %、六偏磷酸钠1.2 %、辛基酚聚氧乙烯醚6 %、抗氧化剂1 %、余量为矿物油；通过表面喷砂处理能够使成型材料表面的浮粉脱落，降低材料表面粗糙度，进而提高材料的抗疲劳性能；通过涂抹防锈助剂，能够降低材料在空气中的腐蚀速率，延长材料的使用寿命；防锈助剂的制备方法为：先将矿物油加入反应釜中，然后向反应釜加入苯丙三氮唑、二烷基二硫代磷酸锌、成膜树脂、聚乙烯醇和六偏磷酸钠，搅拌升温至90 ℃，并反应0.8 h；最后加入铝酸酯偶联剂、辛基酚聚氧乙烯醚和抗氧化剂，搅拌均匀后在145 ℃温度条件下混炼、塑化挤出，即得防锈助剂。
实施例6：雾化制粉及利用SLM激光打印技术制备叠层结构的纯铜和Cu-Cr-Zr合金的方法，包括：
S1、通过雾化制粉设备制备纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末，并筛选出平均粒径为25 μm的纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末；纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末的制备方法为：（1）将金属原料车削成合金带，并用盐酸进行洗涤、干燥；（2）将洗涤、干燥后的合金带进行粉碎，得到初级合金粉末；（3）将初级合金粉末置于真空感应熔炼炉的冷铜坩埚中进行熔炼，最后利用氩气进行气雾化制粉，即可得到合金粉末；其中，真空感应熔炼炉内压强为7500Pa、气雾化压力为80 bar，通过方法制备的金属粉末球形度高，粉末间不易粘结和氧化，从而满足工业生产需求；
S2、先对SLM激光打印设备成型室抽真空，然后通入纯度为99.99 wt％的高纯氩气，使其氧气浓度为0.03 %，通过对成型室进行脱氧处理，能够避免金属粉末层扫描打印时出现气孔，提高成型合金材料的致密度，并对SLM激光打印设备基板进行预热，预热温度为130 ℃；
S3、将步骤S1所得纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末利用SLM激光打印设备交替打印，形成纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末交替叠层结构的新型材料，SLM激光打印时纯铜粉末层与Cu-Cr-Zr合金粉末层激光扫描方向相差45 °，用于释放打印时产生的残余应力，每层的粉末厚度控制在0.03 mm，每20层纯铜粉末与20层Cu-Cr-Zr合金粉末交替打印，形成纯铜和Cu-Cr-Zr合金交替叠层结构的新型材料；其中，Cu-Cr-Zr合金粉末层的重量百分比组成为：Cr：2.6 wt%，Zr：0.25 wt%，余量为Cu；SLM激光打印时，首先利用320 W的激光对纯铜粉末层和Cu-Cr-Zr合金粉末层的边缘区域进行扫描打印，然后利用350 W的激光对纯铜粉末层和Cu-Cr-Zr合金粉末层的中心区域进行扫描打印，利用不同功率的激光对金属粉末层进行打印，能够提高成型后金属材料的表面质量，从而提高生产效率；打印样品的尺寸为Φ50*200mm；
S4、对步骤S3所得新型材料进行时效热处理：在真空环境下，将新型材料在1.2 h内升温至600 ℃；然后在600 ℃条件下保温4.8 h，最后空冷至室温即可，通过对新型材料进行时效热处理，能够显著改善材料内部组织的均匀性，消除材料本身力学性能的各向异性；最后对新型材料进行表面喷砂处理，清洗干燥后涂抹防锈助剂；防锈助剂由以下重量百分比的原料组成：苯丙三氮唑1.5 %、二烷基二硫代磷酸锌1.2 %、成膜树脂4 %、铝酸酯偶联剂2 %、聚乙烯醇3.5 %、六偏磷酸钠1.0 %、辛基酚聚氧乙烯醚5 %、抗氧化剂0.8 %、余量为矿物油；通过表面喷砂处理能够使成型材料表面的浮粉脱落，降低材料表面粗糙度，进而提高材料的抗疲劳性能；通过涂抹防锈助剂，能够降低材料在空气中的腐蚀速率，延长材料的使用寿命；防锈助剂的制备方法为：先将矿物油加入反应釜中，然后向反应釜加入苯丙三氮唑、二烷基二硫代磷酸锌、成膜树脂、聚乙烯醇和六偏磷酸钠，搅拌升温至120 ℃，并反应2h；最后加入铝酸酯偶联剂、辛基酚聚氧乙烯醚和抗氧化剂，搅拌均匀后在145 ℃温度条件下混炼、塑化挤出，即得防锈助剂。
对比例：本对比例采用常规锻造态Cu-Cr-Zr合金进行分析，其重量百分比组成为：Cr：0.8wt%，Zr：0.1wt%，余量为铜；
实验例：对实施例1~6以及对比例所得新型材料进行性能检测，检测结果如表1所示：
表1：实施例1~6以及对比例所得新型材料性能检测结果
编号 成分 抗拉强度/MPa 硬度/HB 电导率/%IACS
实施例1 Cu-0.5Cr-0.03Zr 540 160 75
实施例2 Cu-1.2Cr-0.24Zr 635 190 83
实施例3 Cu-5.0Cr-3.0Zr 680 206 90
实施例4 Cu-1.8Cr-0.38Zr 710 215 91
实施例5 Cu-2.4Cr-0.28Zr 758 230 93
实施例6 Cu-2.6Cr-0.25Zr 760 233 92
对比例 Cu-0.8Cr-0.1Zr 430 130 82
由表1可知，实施例2与实施例1相比，在金属粉末层激光打印过程中，利用不同功率的激光对金属粉末层的不同区域进行打印，能够提高成型后金属材料的表面质量以及各物理性能；实施例3与实施例1相比，对所得新型材料进行升温、保温两个阶段的时效热处理，能够显著改善材料内部组织的均匀性，消除材料本身力学性能的各向异性；实施例4与实施例1相比，由于对所得新型材料进行了表面喷砂和防锈处理，降低了材料表面粗糙度，提高了材料的抗拉性能。

Claims (6)

1.利用SLM激光打印技术制备叠层结构的纯铜和Cu-Cr-Zr合金的方法，其特征在于，包括：
S1、通过雾化制粉设备制备纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末，并筛选出平均粒径为25~45μm的纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末；
S2、利用氩气对SLM激光打印设备成型室进行脱氧处理，使其氧气浓度≤0.05%，并对SLM激光打印设备基板进行预热，预热温度为100~200 ℃；
S3、将步骤S1所得纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末利用SLM激光打印设备交替打印，形成纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末交替叠层结构的新型材料，SLM激光打印时纯铜粉末层与Cu-Cr-Zr合金粉末层激光扫描方向相差30~67 °，激光功率为300~350 W，每层的粉末厚度控制在0.03~0.05 mm，每20~30层纯铜粉末与20~30层Cu-Cr-Zr合金粉末交替打印，形成纯铜和Cu-Cr-Zr合金交替叠层结构的新型材料；其中，Cu-Cr-Zr合金粉末层的重量百分比组成为：Cr：0.5 wt%~5.0 wt%，Zr：0.03 wt%~3.0 wt%，余量为Cu；
S4、对步骤S3所得新型材料进行时效热处理，时效热处理温度为400~600 ℃，时间为3~6 h。
2.根据权利要求1所述的利用SLM激光打印技术制备叠层结构的纯铜和Cu-Cr-Zr合金的方法，其特征在于，步骤S1中所述纯铜粉末和Cu-Cr-Zr合金粉末的制备方法为：（1）将金属原料车削成合金带，并用盐酸进行洗涤、干燥；（2）将洗涤、干燥后的所述合金带进行粉碎，得到初级合金粉末；（3）将所述初级合金粉末置于真空感应熔炼炉的冷铜坩埚中进行熔炼，最后利用氩气进行气雾化制粉，即可得到合金粉末；其中，真空感应熔炼炉内压强为4000~7500 Pa、气雾化压力为35~80 bar。
3.根据权利要求1所述的利用SLM激光打印技术制备叠层结构的纯铜和Cu-Cr-Zr合金的方法，其特征在于，步骤S2中，所述脱氧处理的具体操作为：先对SLM激光打印设备成型室抽真空，然后通入纯度为99.99 wt％的高纯氩气。
4.根据权利要求1所述的利用SLM激光打印技术制备叠层结构的纯铜和Cu-Cr-Zr合金的方法，其特征在于，步骤S3中，SLM激光打印时，首先利用300~320 W的激光对纯铜粉末层和Cu-Cr-Zr合金粉末层的边缘区域进行扫描打印，然后利用320~350 W的激光对纯铜粉末层和Cu-Cr-Zr合金粉末层的中心区域进行扫描打印。
5.根据权利要求1所述的利用SLM激光打印技术制备叠层结构的纯铜和Cu-Cr-Zr合金的方法，其特征在于，步骤S4中，所述时效热处理的具体操作为：在真空环境下，将所述新型材料在0.5 ~1.2 h内升温至400~600 ℃；然后在400~600 ℃条件下保温2.5 ~4.8 h，最后冷却至室温即可。
6.根据权利要求1所述的利用SLM激光打印技术制备叠层结构的纯铜和Cu-Cr-Zr合金的方法，其特征在于，步骤S4完成后，对所述新型材料进行表面喷砂处理，清洗干燥后涂抹防锈助剂；所述防锈助剂由以下重量百分比的原料组成：苯丙三氮唑1~2 %、二烷基二硫代磷酸锌0.5~2 %、成膜树脂2~5 %、铝酸酯偶联剂1.5~3 %、聚乙烯醇2~5 %、六偏磷酸钠0.8~1.2 %、辛基酚聚氧乙烯醚3~6 %、抗氧化剂0.5~1 %、余量为矿物油。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112553499B (zh) * 2020-12-04 2021-11-16 天津大学 一种CuCrZr/WC复合材料、制备方法及其应用
CN113098207B (zh) * 2021-04-29 2022-04-22 陕西斯瑞新材料股份有限公司 一种中小功率电机用纯铜转子端环的制造方法
CN114054773B (zh) * 2021-11-09 2024-03-22 南京理工大学 析出相非均匀分布的叠层异构铝合金板材的制备方法
CN115026301B (zh) * 2022-04-18 2024-04-16 合肥工业大学 一种粘结剂喷射3D打印制备WC-Co硬质合金的方法
CN115156541B (zh) * 2022-05-13 2023-06-09 北京工业大学 一种高性能叠层结构硬质合金的制备方法
CN115383131B (zh) * 2022-08-29 2024-03-08 华东理工大学 用于3d打印粗晶群微区-超细晶群微区排布的异质异构合金的方法与装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105478766B (zh) * 2015-12-16 2018-01-23 阳江市五金刀剪产业技术研究院 一种制备千层钢板的方法
JP2017157776A (ja) * 2016-03-04 2017-09-07 株式会社豊田中央研究所 電極膜、電極膜を有する半導体装置及び半導体装置の製造方法
CN106270533B (zh) * 2016-09-09 2018-09-25 西安理工大学 一种高界面结合强度的CuW/CuCr的制备方法
JP6491289B2 (ja) * 2017-09-06 2019-03-27 電気興業株式会社 金属作製物の製造方法
US20190229252A1 (en) * 2018-01-24 2019-07-25 The George Washington University Semiconductor and thermoelectric materials and methods of making the same using selective laser melting
CN108500263B (zh) * 2018-03-30 2019-12-10 南京航空航天大学 一种仿生贝壳结构钛基复合材料的快速成形方法
KR102145356B1 (ko) * 2018-08-29 2020-08-19 한국생산기술연구원 선택적 레이저 용융 적층 성형을 이용한 다공성 부품 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제작된 다공성 부품
CN109202079A (zh) * 2018-10-15 2019-01-15 浙江海洋大学 一种激光选区熔化制备TiAl/TC4微叠层复合材料的方法
CN110116202B (zh) * 2019-05-22 2021-09-14 西安国宏天易智能科技有限公司 一种用于增材制造的铜合金粉末及其制备方法和应用
CN110125407A (zh) * 2019-06-25 2019-08-16 上海交通大学 含钨铜合金层的层状铜电极及其增材制造装置和方法
CN110434338B (zh) * 2019-08-27 2021-01-05 华中科技大学 一种具有层状尺寸效应的脆性合金激光选区熔化制备方法
CN211389283U (zh) * 2019-09-06 2020-09-01 南方科技大学 异种粉末有序排布装置及排布系统

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