CN117696918A - 激光复合增材制造铜钢异种金属的方法及应用 - Google Patents
激光复合增材制造铜钢异种金属的方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117696918A CN117696918A CN202311844256.6A CN202311844256A CN117696918A CN 117696918 A CN117696918 A CN 117696918A CN 202311844256 A CN202311844256 A CN 202311844256A CN 117696918 A CN117696918 A CN 117696918A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- copper
- laser
- alloy
- powder
- situ
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000010949 copper Substances 0.000 title claims abstract description 130
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 120
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 111
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims abstract description 52
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 42
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 96
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 62
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 59
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 59
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims abstract description 54
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 48
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims abstract description 46
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 27
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 27
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 85
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 53
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 50
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 47
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 20
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 18
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 15
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 13
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 11
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 11
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 9
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 6
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010951 brass Substances 0.000 claims description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 5
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 5
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 5
- 238000010309 melting process Methods 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 8
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 4
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 3
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 3
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 3
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000004372 laser cladding Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/32—Process control of the atmosphere, e.g. composition or pressure in a building chamber
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/36—Process control of energy beam parameters
- B22F10/366—Scanning parameters, e.g. hatch distance or scanning strategy
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/38—Process control to achieve specific product aspects, e.g. surface smoothness, density, porosity or hollow structures
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
- B22F10/62—Treatment of workpieces or articles after build-up by chemical means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
- B22F10/64—Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
- B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/0425—Copper-based alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/047—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy comprising intermetallic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
- C22C32/001—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides
- C22C32/0015—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides with only single oxides as main non-metallic constituents
- C22C32/0021—Matrix based on noble metals, Cu or alloys thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
- C22C33/0261—Matrix based on Fe for ODS steels
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
- C22C33/0278—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
- C22C33/0285—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5% with Cr, Co, or Ni having a minimum content higher than 5%
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/46—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C9/00—Alloys based on copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C9/00—Alloys based on copper
- C22C9/06—Alloys based on copper with nickel or cobalt as the next major constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
- C22C2026/002—Carbon nanotubes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
本发明公开了一种激光复合增材制造铜钢异种金属的方法及应用,所述方法包括:采用激光粉床熔融制备铜合金并作为基材;采用激光‑感应复合熔覆,在基材表面制备原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层,以及在原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层表面制备不锈钢,形成铜合金‑铜基偏晶合金过渡层‑不锈钢的结构。本发明通过采用激光粉床熔融与激光‑感应复合熔覆技术相结合,并将铜基偏晶合金作为铜合金与不锈钢之间的过渡层,解决了铜‑钢异种金属连接界面极易产生裂纹、疏松和气孔等缺陷的问题,实现了铜钢异种金属的良好熔合。
Description
技术领域
本发明属于增材制造技术领域,特别是涉及一种激光复合增材制造铜钢异种金属的方法及应用。
背景技术
铜合金由于其优异的导电、导热及耐腐蚀性能,常被应用于燃烧室构件的制造。但铜合金相对较低的强度、硬度和较差的耐磨损性能使其在应用上受限。同时,不锈钢虽然具有较高的强度,但其导电、导热性能较差。而铜/钢异种金属相结合,可一并发挥两种材料的优势,满足性能上的复合需求。火箭发动机内衬构件在高温高压下服役,采用铜/钢异种金属结构将为合适选择。
此类异种金属构件的传统制造工艺为钎焊成形,存在使用温度低与接头强度低等问题,特别是针对内流道钎焊时,在毛细力的作用下,常会出现内流道堵塞问题,使得成品率低下,同时,钎焊工艺难以满足复杂构件一次成形的需求。目前,国内外已采用增材制造的方式打印出燃烧室内衬构件,其逐层堆积的制造技术在制造大尺寸、结构复杂的构件方面具备优势,如激光粉床熔融(LPBF)和激光-感应复合熔覆(LIHC)制造技术等。
不过,在铜合金基体上使用增材制造技术成形高强不锈钢存在成形难、界面特性难以控制等难题。异种金属间相互链接虽可综合异种金属的优势性能,但若热物理性能差异较大,将导致异种金属间产生熔焊缺陷。例如,铜在铁中固溶度较小,室温时钢中含铜量超过0.6%时,铜便会呈过饱和状态,其与钢连接界面易开裂。
激光粉床熔融(LPBF)成形技术是近年来发展十分迅速的一种3D打印技术,主要是利用金属粉末在激光束热作用下完全熔化、经冷却凝固而成形三维复杂零件。因此,采用LPBF技术能实现形状非常复杂铜合金构件的一体化高性能成形,解决复杂形状铜合金构件常规熔铸法制备难的现状。激光-感应复合熔覆(LIHC)技术是将高频感应与激光熔覆技术相复合的新型熔覆技术。激光-感应复合熔覆可实现大尺寸、复杂结构构件的制造,同时高频感应作为热源使得熔覆过程中的熔池温度梯度降低、熔覆层裂纹减少。因此,将LPBF与LIHC技术进行时空耦合,实现铜钢异种金属一体化激光复合增材制造,同时采用铜基偏晶合金作为铜合金与不锈钢之间的过渡层,解决铜与钢之间热物性差异大以及不能完全混熔导致界面易开裂的难题,国内外未见文献报道。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种激光复合增材制造铜钢异种金属的方法及应用,采用铜基偏晶合金作为铜合金与不锈钢之间的过渡层,解决了铜-钢异种金属连接界面极易产生裂纹、疏松和气孔等缺陷的问题,实现了铜钢异种金属的良好熔合。该激光复合增材制造铜钢异种金属在高速轨道交通、电子、航空航天领域具有广阔应用前景。
本发明的第一个目的在于提供一种激光复合增材制造铜钢异种金属的方法。
本发明的第二个目的在于提供一种激光复合增材制造铜钢异种金属的应用。
本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到:
一种激光复合增材制造铜钢异种金属的方法,所述方法包括:
采用激光粉床熔融制备铜合金并作为基材;
采用激光-感应复合熔覆,在基材表面制备原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层,以及在原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层表面制备不锈钢,形成铜合金-铜基偏晶合金过渡层-不锈钢结构的铜钢异种金属;
其中,所述原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层包括多道依次堆叠的熔覆层,每道熔覆层均是富铁相弥散分布在富铜基体内的异质结构,所述异质结构包括原位纳米级富铁颗粒、原位纳米级金属间化合物Cr12Fe36Mo10以及原位纳米级非晶氧化物CrO3,所述原位纳米级富铁颗粒弥散分布在富铜基体的晶粒内,所述原位纳米级金属间化合物Cr12Fe36Mo10与原位纳米级非晶氧化物CrO3分布在富铜基体晶粒的晶界处。
进一步的,所述原位纳米级富铁颗粒的尺寸为60~80nm,所述原位纳米级金属间化合物Cr12Fe36Mo10的尺寸为20~50nm,所述原位纳米级非晶氧化物CrO3的尺寸为30~60nm。
进一步的,所述富铁相由富铁晶粒构成,所述富铁晶粒的尺寸为8~15μm;所述富铜基体由富铜晶粒构成,所述富铜晶粒的尺寸为1~5μm。
进一步的,所述采用激光-感应复合熔覆,在基材表面制备原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层,包括:
S41:将铜基偏晶合金粉末放置于自动送粉器内,其化学成分为:Fe15~25.5wt.%、Cr5~7.3wt.%、Ni2.5~3.5wt.%、Si0.1~0.5wt.%、Mo4~10wt.%、余量为Cu;
S42:调节感应加热功率,使感应加热的温度控制在500~900℃;
S43:将激光束与同轴粉末喷嘴定位于感应加热区内以实现激光热源与感应加热源的耦合,采用氧气作为保护气体,根据分层切片轮廓信息生成的成形轨迹,在基材上制备得到纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层;
S44:当激光-感应复合熔覆增材制造一层之后,将激光-感应复合熔覆增材制造加工头上升当前层的高度,并重复步骤S43~S44,直到满足纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层的厚度要求。
进一步的,保护气体还包括氩气,控制氧气含量为体积分数1~10%,其余为氩气。
进一步的,所述在原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层表面制备不锈钢,包括:
S51:将不锈钢粉末放置于自动送粉器内,其化学成分为:C0.05wt.%~0.08wt.%、Cr14wt.%~15wt.%、Ni5wt.%~6wt.%、Mo0.8wt.%~1.0wt.%、V0.15wt.%~0.25wt.%、Nb0.08wt.%~0.15wt.%、HfO21wt.%~3wt.%、余量为Fe;
S52:调节感应加热功率,使感应加热的温度控制在600~800℃;
S53:将激光束与同轴粉末喷嘴定位于感应加热区内以实现激光热源与感应加热源的耦合,根据分层切片轮廓信息生成的成形轨迹,在原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层表面制备三维实体的不锈钢;
S54:当激光-感应复合熔覆增材制造一层之后,将激光-感应复合熔覆增材制造加工头上升当前层的高度,并重复步骤S53~S54,直到满足不锈钢的厚度要求。
进一步的,激光-感应复合熔覆的工艺参数为:激光功率为16~20kw,激光扫描速度为260~300m/min,光斑直径为4~6mm,送粉量为500g/min~800g/min,感应加热功率160~200kW,粉末喷射角45~53°,搭接率40~60%,单层厚度为0.1~0.8mm。
进一步的,所述采用激光粉床熔融制备铜合金,包括:
根据分层切片轮廓信息生成激光粉床熔融成形二维扫描轨迹;
将铜合金成形粉末放入激光粉床熔融成形室的装料斗内,并将激光粉床熔融成形室抽成真空后充入氩气,将黄铜基板加热到设定温度;根据生成的二维扫描轨迹,逐层堆积成三维实体的铜合金;其中,铜合金成形粉末化学成分为Cr0.4wt.%~0.7wt.%、Ni1.7wt.%~1.9wt.%、Mo0.3wt.%~0.6wt.%、Nb0.25wt.%~0.58wt.%、CNTs0.5wt.%~3.0wt.%、其余为Cu。
进一步的,激光粉床熔融的工艺参数为:激光功率为150~250W,激光扫描速度为1400~1600mm/s,分层切片厚度为70~90um,搭接率为40~60%。
本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到:
一种激光复合增材制造铜钢异种金属的应用,基于上述的方法制备的激光复合增材制造铜钢异种金属在高速轨道交通、电子、航空航天领域的应用。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果:
本发明提供的一种激光复合增材制造铜钢异种金属的方法及应用,通过采用激光粉床熔融制备铜合金并作为基材;采用激光-感应复合熔覆,在基材表面制备原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层,以及在原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层表面制备不锈钢,形成铜合金-铜基偏晶合金过渡层-不锈钢结构的铜钢异种金属;其中,所述原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层包括多道依次堆叠的熔覆层,每道熔覆层均是富铁相弥散分布在富铜基体内的异质结构,所述异质结构包括原位纳米级富铁颗粒、原位纳米级金属间化合物Cr12Fe36Mo10以及原位纳米级非晶氧化物CrO3,所述原位纳米级富铁颗粒弥散分布在富铜基体的晶粒内,所述原位纳米级金属间化合物Cr12Fe36Mo10与原位纳米级非晶氧化物CrO3分布在富铜基体晶粒的晶界处。采用激光粉床熔融与激光-感应复合熔覆技术相结合实现了大尺寸、结构复杂构件的增材制造,并创新性的提出铜合金-铜基偏晶合金过渡层-不锈钢异种金属增材制造,通过采用原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层避免了铜合金与不锈钢直接连接导致的界面裂纹、疏松和气孔等缺陷的产生;并且由于原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层中的原位纳米级富铁颗粒弥散分布在富铜基体的晶粒内,所述原位纳米级金属间化合物Cr12Fe36Mo10与原位纳米级非晶氧化物CrO3分布在富铜基体晶粒的晶界处,增强了铜基偏晶合金的高温热稳定性与耐烧蚀性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中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发明的一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。应当理解,描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
实施例1:
本实施例中用到的各金属粉末如下:
铜合金成形粉末的化学成分为:Cr0.4wt.%、Ni1.7wt.%、Mo0.3wt.%、Nb0.25wt.%、CNTs0.5wt.%、其余为Cu;
铜基偏晶合金粉末的化学成分为:Fe15wt.%、Cr5wt.%、Ni2.5wt.%、Si0.1wt.%、Mo4wt.%、余量为Cu;
不锈钢粉末的化学成分为:C0.05wt.%、Cr14wt.%、Ni5wt.%、Mo0.8wt.%、V0.15wt.%、Nb0.08wt.%、HfO21wt.%、余量为Fe。
本实施例提供的激光复合增材制造铜钢异种金属的方法,具体包括以下步骤:
步骤S1、采用激光粉床熔融制备铜合金。
进一步的,步骤S1具体包括:
S11:根据CAD模型分层切片轮廓信息生成激光选区熔化成形二维扫描轨迹;
S12:将铜合金成形粉末放入激光选区熔化成形室的装料斗内;将激光选区熔化成形室抽成真空,并充入氟气,将表面经过除锈与喷砂处理的黄铜基板加热到400℃;根据CAD模型分层切片轮廓信息生成的成形轨迹,逐层堆积成三维实体的铜合金;
S13:将激光选区熔化成形铜合金作为基板进行打磨,在无水乙醇中超声清洗15分钟后干燥,为后续激光-感应复合熔覆做准备。
其中,步骤S12中采用的工艺参数为:激光功率为150W,激光扫描速度为1400mm/s,分层切片厚度为70um,搭接率为40%。
步骤S2、采用激光-感应复合熔覆,在基材表面制备原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层。
进一步的,步骤S2具体包括:
S21:将铜基偏晶合金及不锈钢粉末作为激光-感应复合熔覆增材制造的成形粉末,铜合金作为基材,将所述粉末放置于自动送粉器内,调节感应加热功率,使感应加热的温度控制在550℃;
S22:将激光束与同轴粉末喷嘴定位于感应加热区内,实现激光热源与感应加热源的耦合,使用氧气作为保护气,然后根据CAD模型分层切片轮廓信息生成的成形轨迹,逐层堆积得到纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层;
S23:当激光-感应复合熔覆增材制造一层之后,将激光-感应复合熔覆增材制造加工头上升一层的高度,重复步骤S22~S23,直到满足铜基偏晶合金过渡层高度要求。
其中,步骤S22中采用的工艺参数为:激光功率为16kw,激光扫描速度为260m/min,光斑直径为4mm,送粉量为500g/min,感应加热功率160kW,粉末喷射角45°,搭接率40%,单层厚度为0.01mm。
其中,步骤S22中也可以使用氧气与氩气的混合气体作为保护气,控制氧气含量为体积分数1%,其余为氩气。
步骤S3、采用激光-感应复合熔覆,在原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层表面制备不锈钢,形成铜合金-铜基偏晶合金过渡层-不锈钢的结构。
进一步的,步骤S3具体包括:
S31:将不锈钢粉末作为激光-感应复合熔覆增材制造的成形粉末,铜基偏晶合金层作为增材表面,将所述粉末放置于自动送粉器内,调节感应加热功率,使感应加热的温度控制在600℃;
S32:将激光束与同轴粉末喷嘴定位于感应加热区内,实现激光热源与感应加热源的耦合,然后根据CAD模型分层切片轮廓信息生成的成形轨迹,逐层堆积成三维实体的不锈钢;
S33:当激光-感应复合熔覆增材制造一层之后,将激光-感应复合熔覆增材制造加工头上升一层的高度,重复步骤S32~S33,直到满足不锈钢高度要求。
本实施例中,步骤S32中采用的工艺参数与步骤S22相同,下述所有实施例亦如此。
本实施例所制备的铜钢异种金属构件拉伸强度、屈服强度分别为239.2MPa、186.5MPa,相比传统钎焊工艺制造所得铜钢异种金属构件的约200MPa、150MPa提升19.6%、24.3%;抗烧蚀温度可达1050℃,相比传统钎焊工艺制造所得铜钢异种金属构件的约900℃提升16.7%。
实施例2:
本实施例中用到的各金属粉末如下:
铜合金成形粉末的化学成分为:Cr0.5wt.%、Ni1.8wt.%、Mo0.4wt.%、Nb0.35wt.%、CNTs1.5wt.%、其余为Cu;
铜基偏晶合金粉末的化学成分为:Fe20wt.%、Cr6wt.%、Ni3wt.%、Si0.25wt.%、Mo7wt.%、余量为Cu;
不锈钢粉末的化学成分为:C0.06wt.%、Cr14.5wt.%、Ni5.5wt.%、Mo0.9wt.%、V0.20wt.%、Nb0.12wt.%、HfO22.0wt.%、余量为Fe。
本实施例提供的激光复合增材制造铜钢异种金属的方法,具体包括以下步骤:
步骤S1、采用激光粉床熔融制备铜合金。
进一步的,步骤S1具体包括:
S11:根据CAD模型分层切片轮廓信息生成激光选区熔化成形二维扫描轨迹;
S12:将铜合金成形粉末放入激光选区熔化成形室的装料斗内;将激光选区熔化成形室抽成真空,并充入氟气,将表面经过除锈与喷砂处理的黄铜基板加热到400℃;根据CAD模型分层切片轮廓信息生成的成形轨迹,逐层堆积成三维实体的铜合金;
S13:将激光选区熔化成形铜合金作为基板进行打磨,在无水乙醇中超声清洗15分钟后干燥,为后续激光-感应复合熔覆做准备。
其中,步骤S12中采用的的工艺参数为:激光功率为200W,激光扫描速度为1500mm/s,分层切片厚度为80um,搭接率为50%。
步骤S2、采用激光-感应复合熔覆,在基材表面制备原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层。
进一步的,步骤S2具体包括:
S21:将铜基偏晶合金及不锈钢粉末作为激光-感应复合熔覆增材制造的成形粉末,铜合金作为基材,将所述粉末放置于自动送粉器内,调节感应加热功率,使感应加热的温度控制在650℃;
S22:将激光束与同轴粉末喷嘴定位于感应加热区内,实现激光热源与感应加热源的耦合,使用氧气与氩气的混合气体作为保护气,然后根据CAD模型分层切片轮廓信息生成的成形轨迹,逐层堆积得到纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层;
S23:当激光-感应复合熔覆增材制造一层之后,将激光-感应复合熔覆增材制造加工头上升一层的高度,重复步骤S22~S23,直到满足铜基偏晶合金过渡层高度要求。
其中,步骤S22中采用的工艺参数为:激光功率为18kw,激光扫描速度为280m/min,光斑直径为5mm,送粉量为650g/min,感应加热功率180kW,粉末喷射角49°,搭接率50%,单层厚度为0.35mm。
其中,步骤S22中也可以使用氧气与氩气的混合气体作为保护气,控制氧气含量为体积分数5.0%,其余为氩气。
步骤S3、采用激光-感应复合熔覆,在原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层表面制备不锈钢,形成铜合金-铜基偏晶合金过渡层-不锈钢的结构。
进一步的,步骤S3具体包括:
S31:将不锈钢粉末作为激光-感应复合熔覆增材制造的成形粉末,铜基偏晶合金层作为增材表面,将所述粉末放置于自动送粉器内,调节感应加热功率,使感应加热的温度控制在700℃;
S32:将激光束与同轴粉末喷嘴定位于感应加热区内,实现激光热源与感应加热源的耦合,然后根据CAD模型分层切片轮廓信息生成的成形轨迹,逐层堆积成三维实体的不锈钢;
S33:当激光-感应复合熔覆增材制造一层之后,将激光-感应复合熔覆增材制造加工头上升一层的高度,重复步骤S32~S33,直到满足不锈钢高度要求。
本实施例所制备的铜钢异种金属构件拉伸强度、屈服强度分别为240.5MPa、189.2MPa,相比通过传统钎焊工艺制造所得铜钢异种金属构件的约200MPa、150MPa提升20.25%、26.13%;抗烧蚀温度可达1062℃,相比传统钎焊工艺制造所得铜钢异种金属构件的约900℃提升18%。
实施例3:
本实施例中用到的各金属粉末如下:
铜合金成形粉末的化学成分为:Cr0.7wt.%、Ni1.9wt.%、Mo0.6wt.%、Nb0.58wt.%、CNTs3.0wt.%、其余为Cu;
铜基偏晶合金粉末的化学成分为:Fe25.5wt.%、Cr7.3wt.%、Ni3.5wt.%、Si0.5wt.%、Mo10wt.%、余量为Cu;
不锈钢粉末的化学成分为:C0.08wt.%、Cr15wt.%、Ni6wt.%、Mo1.0wt.%、V0.25wt.%、Nb0.15wt.%、HfO23wt.%、余量为Fe。
本实施例提供的激光复合增材制造铜钢异种金属的方法,具体包括以下步骤:
步骤S1、采用激光粉床熔融制备铜合金。
进一步的,步骤S1具体包括:
S11:根据CAD模型分层切片轮廓信息生成激光选区熔化成形二维扫描轨迹;
S12:将铜合金成形粉末放入激光选区熔化成形室的装料斗内;将激光选区熔化成形室抽成真空,并充入氟气,将表面经过除锈与喷砂处理的黄铜基板加热到400℃;根据CAD模型分层切片轮廓信息生成的成形轨迹,逐层堆积成三维实体的铜合金;
S13:将激光选区熔化成形铜合金作为基板进行打磨,在无水乙醇中超声清洗15分钟后干燥,为后续激光-感应复合熔覆做准备;
其中,步骤S12中采用的工艺参数为:激光功率为250W,激光扫描速度为1600mm/s,分层切片厚度为90um,搭接率为60%。
步骤S2、采用激光-感应复合熔覆,在基材表面制备原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层。
进一步的,步骤S2具体包括:
S21:将铜基偏晶合金及不锈钢粉末作为激光-感应复合熔覆增材制造的成形粉末,铜合金作为基材,将所述粉末放置于自动送粉器内,调节感应加热功率,使感应加热的温度控制在700℃;
S22:将激光束与同轴粉末喷嘴定位于感应加热区内,实现激光热源与感应加热源的耦合,使用氧气与氩气的混合气体作为保护气,然后根据CAD模型分层切片轮廓信息生成的成形轨迹,逐层堆积得到纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层;
S23:当激光-感应复合熔覆增材制造一层之后,将激光-感应复合熔覆增材制造加工头上升一层的高度,重复步骤S22~S23,直到满足铜基偏晶合金过渡层高度要求。
其中,步骤S22中采用的工艺参数为:激光功率为20kw,激光扫描速度为300m/min,光斑直径为6mm,送粉量为800g/min,感应加热功率200kW,粉末喷射角53°,搭接率60%,单层厚度为0.7mm。
其中,步骤S22中也可以使用氧气与氩气的混合气体作为保护气,控制氧气含量为体积分数8.0%,其余为氩气。
步骤S3、采用激光-感应复合熔覆,在原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层表面制备不锈钢,形成铜合金-铜基偏晶合金过渡层-不锈钢的结构。
进一步的,步骤S3具体包括:
S31:将不锈钢粉末作为激光-感应复合熔覆增材制造的成形粉末,铜基偏晶合金层作为增材表面,将所述粉末放置于自动送粉器内,调节感应加热功率,使感应加热的温度控制在800℃;
S32:将激光束与同轴粉末喷嘴定位于感应加热区内,实现激光热源与感应加热源的耦合,然后根据CAD模型分层切片轮廓信息生成的成形轨迹,逐层堆积成三维实体的不锈钢;
S33:当激光-感应复合熔覆增材制造一层之后,将激光-感应复合熔覆增材制造加工头上升一层的高度,重复步骤S32~S33,直到满足不锈钢高度要求。
本实施例所制备的铜钢异种金属构件拉伸强度、屈服强度分别为242.5MPa、191.4MPa,相比通过传统钎焊工艺制造所得铜钢异种金属构件的约200MPa、150MPa提升21.25%、27.6%;抗烧蚀温度可达1075℃,相比传统钎焊工艺制造所得铜钢异种金属构件的约900℃提升19.4%。
本发明提出了激光粉床熔融联合激光-感应复合熔覆两种增材制造工艺制造具有铜合金-铜基偏晶合金过渡层-不锈钢异种金属构件的方法。首先,采用激光粉床熔融工艺制备具有复杂结构的铜合金,然后采用激光-感应复合熔覆工艺制备原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层及不锈钢,形成高性能铜钢异种金属构件。本发明主要解决了铜钢异种金属连接界面极易产生裂纹、疏松和气孔等缺陷问题;以及传统工艺难以一次成形,且易导致构件内流道堵塞的问题,实现了铜钢异种金属的良好熔合。
以上所述,仅为本发明专利较佳的实施例,但本发明专利的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内,根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都属于本发明专利的保护范围。
Claims (10)
1.一种激光复合增材制造铜钢异种金属的方法,其特征在于,所述方法包括:
采用激光粉床熔融制备铜合金并作为基材;
采用激光-感应复合熔覆,在基材表面制备原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层,以及在原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层表面制备不锈钢,形成铜合金-铜基偏晶合金过渡层-不锈钢结构的铜钢异种金属;
其中,所述原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层包括多道依次堆叠的熔覆层,每道熔覆层均是富铁相弥散分布在富铜基体内的异质结构,所述异质结构包括原位纳米级富铁颗粒、原位纳米级金属间化合物Cr12Fe36Mo10以及原位纳米级非晶氧化物CrO3,所述原位纳米级富铁颗粒弥散分布在富铜基体的晶粒内,所述原位纳米级金属间化合物Cr12Fe36Mo10与原位纳米级非晶氧化物CrO3分布在富铜基体晶粒的晶界处。
2.根据权利要求1所述的异构多元原位纳米颗粒增强铜基偏晶合金,其特征在于,所述原位纳米级富铁颗粒的尺寸为60~80nm,所述原位纳米级金属间化合物Cr12Fe36Mo10的尺寸为20~50nm,所述原位纳米级非晶氧化物CrO3的尺寸为30~60nm。
3.根据权利要求1所述的异构多元原位纳米颗粒增强铜基偏晶合金,其特征在于,所述富铁相由富铁晶粒构成,所述富铁晶粒的尺寸为8~15μm;所述富铜基体由富铜晶粒构成,所述富铜晶粒的尺寸为1~5μm。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述采用激光-感应复合熔覆,在基材表面制备原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层,包括:
S41:将铜基偏晶合金粉末放置于自动送粉器内,其化学成分为:Fe15~25.5wt.%、Cr5~7.3wt.%、Ni2.5~3.5wt.%、Si0.1~0.5wt.%、Mo4~10wt.%、余量为Cu;
S42:调节感应加热功率,使感应加热的温度控制在500~900℃;
S43:将激光束与同轴粉末喷嘴定位于感应加热区内以实现激光热源与感应加热源的耦合,采用氧气作为保护气体,根据分层切片轮廓信息生成的成形轨迹,在基材上制备得到纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层;
S44:当激光-感应复合熔覆增材制造一层之后,将激光-感应复合熔覆增材制造加工头上升当前层的高度,并重复步骤S43~S44,直到满足纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层的厚度要求。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,保护气体还包括氩气,控制氧气含量为体积分数1~10%,其余为氩气。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述在原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层表面制备不锈钢,包括:
S51:将不锈钢粉末放置于自动送粉器内,其化学成分为:C0.05wt.%~0.08wt.%、Cr14wt.%~15wt.%、Ni5wt.%~6wt.%、Mo0.8wt.%~1.0wt.%、V0.15wt.%~0.25wt.%、Nb0.08wt.%~0.15wt.%、HfO21wt.%~3wt.%、余量为Fe;
S52:调节感应加热功率,使感应加热的温度控制在600~800℃;
S53:将激光束与同轴粉末喷嘴定位于感应加热区内以实现激光热源与感应加热源的耦合,根据分层切片轮廓信息生成的成形轨迹,在原位纳米非晶氧化物增强铜基偏晶合金过渡层表面制备三维实体的不锈钢;
S54:当激光-感应复合熔覆增材制造一层之后,将激光-感应复合熔覆增材制造加工头上升当前层的高度,并重复步骤S53~S54,直到满足不锈钢的厚度要求。
7.根据权利要求4或6任一项所述的方法,其特征在于,激光-感应复合熔覆的工艺参数为:激光功率为16~20kw,激光扫描速度为260~300m/min,光斑直径为4~6mm,送粉量为500g/min~800g/min,感应加热功率160~200kW,粉末喷射角45~53°,搭接率40~60%,单层厚度为0.1~0.8mm。
8.根据权利要求1~6任一项所述的方法,其特征在于,所述采用激光粉床熔融制备铜合金,包括:
根据分层切片轮廓信息生成激光粉床熔融成形二维扫描轨迹;
将铜合金成形粉末放入激光粉床熔融成形室的装料斗内,并将激光粉床熔融成形室抽成真空后充入氩气,将黄铜基板加热到设定温度;根据生成的二维扫描轨迹,逐层堆积成三维实体的铜合金;其中,铜合金成形粉末化学成分为Cr0.4wt.%~0.7wt.%、Ni1.7wt.%~1.9wt.%、Mo0.3wt.%~0.6wt.%、Nb0.25wt.%~0.58wt.%、CNTs0.5wt.%~3.0wt.%、其余为Cu。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,激光粉床熔融的工艺参数为:激光功率为150~250W,激光扫描速度为1400~1600mm/s,分层切片厚度为70~90um,搭接率为40~60%。
10.一种激光复合增材制造铜钢异种金属的应用,其特征在于,基于权利要求1~9任一项所述的方法制备的铜钢异种金属在高速轨道交通、电子、航空航天领域的应用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311844256.6A CN117696918B (zh) | 2023-12-29 | 2023-12-29 | 激光复合增材制造铜钢异种金属的方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311844256.6A CN117696918B (zh) | 2023-12-29 | 2023-12-29 | 激光复合增材制造铜钢异种金属的方法及应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117696918A true CN117696918A (zh) | 2024-03-15 |
CN117696918B CN117696918B (zh) | 2024-06-07 |
Family
ID=90153346
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202311844256.6A Active CN117696918B (zh) | 2023-12-29 | 2023-12-29 | 激光复合增材制造铜钢异种金属的方法及应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN117696918B (zh) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000254788A (ja) * | 1999-03-09 | 2000-09-19 | Japan Atom Energy Res Inst | 酸化物分散強化銅とステンレス鋼の接合方法 |
JP2011067830A (ja) * | 2009-09-24 | 2011-04-07 | Nippon Steel Techno Research Corp | 銅板と鋼板のレーザ接合方法 |
US20160121422A1 (en) * | 2014-10-30 | 2016-05-05 | Zhuji Sibeida Machinery Co., Ltd | Welding method for copper and steel and application thereof |
CN107090579A (zh) * | 2017-06-15 | 2017-08-25 | 燕山大学 | 一种铜合金表面强化激光熔覆方法 |
CN110576263A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-17 | 成都青石激光科技有限公司 | 一种用于铜管与钢管的异种金属激光熔覆焊接方法 |
CN111558793A (zh) * | 2020-04-16 | 2020-08-21 | 西安理工大学 | Ni基-药芯焊丝及制备铜-钢基梯度复合材料的方法 |
CN112605396A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-06 | 暨南大学 | 一种激光选区熔化成形铁基非晶增强铜基偏晶复合材料的方法 |
JP2023092555A (ja) * | 2021-12-22 | 2023-07-04 | 岩谷産業株式会社 | 銅およびステンレス鋼の接合体ならびに銅およびステンレス鋼の溶接方法 |
CN116652331A (zh) * | 2023-06-21 | 2023-08-29 | 洛阳船舶材料研究所(中国船舶集团有限公司第七二五研究所) | 一种铜-钢异种金属连接方法 |
-
2023
- 2023-12-29 CN CN202311844256.6A patent/CN117696918B/zh active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000254788A (ja) * | 1999-03-09 | 2000-09-19 | Japan Atom Energy Res Inst | 酸化物分散強化銅とステンレス鋼の接合方法 |
JP2011067830A (ja) * | 2009-09-24 | 2011-04-07 | Nippon Steel Techno Research Corp | 銅板と鋼板のレーザ接合方法 |
US20160121422A1 (en) * | 2014-10-30 | 2016-05-05 | Zhuji Sibeida Machinery Co., Ltd | Welding method for copper and steel and application thereof |
CN107090579A (zh) * | 2017-06-15 | 2017-08-25 | 燕山大学 | 一种铜合金表面强化激光熔覆方法 |
CN110576263A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-17 | 成都青石激光科技有限公司 | 一种用于铜管与钢管的异种金属激光熔覆焊接方法 |
CN111558793A (zh) * | 2020-04-16 | 2020-08-21 | 西安理工大学 | Ni基-药芯焊丝及制备铜-钢基梯度复合材料的方法 |
CN112605396A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-06 | 暨南大学 | 一种激光选区熔化成形铁基非晶增强铜基偏晶复合材料的方法 |
JP2023092555A (ja) * | 2021-12-22 | 2023-07-04 | 岩谷産業株式会社 | 銅およびステンレス鋼の接合体ならびに銅およびステンレス鋼の溶接方法 |
CN116652331A (zh) * | 2023-06-21 | 2023-08-29 | 洛阳船舶材料研究所(中国船舶集团有限公司第七二五研究所) | 一种铜-钢异种金属连接方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN117696918B (zh) | 2024-06-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2020156224A1 (zh) | 一种镁合金的丝材电弧增材制造方法 | |
CN109807558B (zh) | 一种钛合金的丝材电弧增材制造方法 | |
CN107999991B (zh) | 用于钛-钢mig焊接的高熵药芯焊丝及其制备方法 | |
EP3674018A1 (en) | Method for controlling deformation and precision of parts in parallel during additive manufacturing process | |
CN107470619A (zh) | 一种金属零件的增材制造方法 | |
WO2011127798A1 (zh) | 零件与模具的熔积成形复合制造方法及其辅助装置 | |
CN110512207B (zh) | 激光制造与再制造结晶器铜板用复合粉末材料及其制造方法 | |
CN104745887A (zh) | 纳米陶瓷颗粒增强镍基高温合金复合材料及其激光3d打印成形方法 | |
CN102191495A (zh) | 激光感应复合熔注快速制备金属陶瓷涂层的方法 | |
CN108714695B (zh) | 一种成分和组织双重梯度复合材料的制备方法 | |
CN112958873B (zh) | 一种金属夹芯电弧增材制造装置及工作方法 | |
CN108339984B (zh) | 基于丝材3d打印的铸锻件表面生长复杂结构的方法 | |
CN108856721B (zh) | 一种基于微米级锡基巴氏合金粉末的三维打印复合材料的制备工艺 | |
CN109807560B (zh) | 一种铜合金的丝材电弧增材制造方法 | |
CN109440049B (zh) | 一种电弧喷涂与激光重熔复合制备非晶铝涂层的方法 | |
CN111940874A (zh) | 一种基于铜-镍复合中间层的钛合金与钢异种金属钨极氩弧熔焊工艺 | |
CN108161276B (zh) | 用于镁-钢mig焊接的高熵药芯焊丝及其制备方法 | |
CN109940260A (zh) | 冷喷Ti涂层辅助铝-钢异种金属搭接的搅拌摩擦焊方法 | |
CN113718247B (zh) | 一种铜合金损伤件等离子熔覆修复方法 | |
CN115229194A (zh) | 高速激光熔覆增材CuNi合金实现钛钢中厚板连接方法 | |
CN106119663B (zh) | 水泥回转窑上过渡带内表面用合金粉体、制备及其涂层 | |
CN1252315C (zh) | 硬质合金涂层的激光直接合成与制造方法 | |
CN117696918B (zh) | 激光复合增材制造铜钢异种金属的方法及应用 | |
CN108570674A (zh) | 一种低熔点合金激光熔覆成形方法 | |
CN114951689B (zh) | 一种基于电弧增材的船用钛合金梯度复合材料制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant |