[發(fā)明專利]一種利用激光增材技術(shù)制造銅鈮合金的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201811419254.1
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109321776A
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任淑彬;趙洋;明飛;周東紅;張百成;曲選輝
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C1/04;B22F3/105;B22F9/04;C22F1/08;B33Y10/00;B33Y70/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種利用激光增材技術(shù)制造銅鈮合金的方法。本發(fā)明利用激光增材制造技術(shù)具有快速凝固的特點，將幾乎不互溶的Cu、Nb兩種元素制成常規(guī)方法難以獲得的晶粒細(xì)小且組織均勻的過飽和固溶體，并通過后續(xù)熱處理工藝使Nb均勻彌散析出從而制得高強(qiáng)度的納米彌散強(qiáng)化銅合金，此外，由于Nb在銅中固溶度極低，利用高濃度的納米彌散Nb來強(qiáng)化基體的同時還可保證銅基體仍具有高純度，使合金導(dǎo)電性也較好。激光增材制造技術(shù)不僅可以使Nb在Cu基體中均勻彌散分布，制備高強(qiáng)度、高導(dǎo)電合金，同時具有近凈成形的特點，大大減小加工工序，提高生產(chǎn)效率。

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)制造銅鈮合金的方法。

背景技術(shù)

高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金因其優(yōu)良性能,被認(rèn)為是極有發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的新型功能材料。其中，純銅具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，但其力學(xué)強(qiáng)度偏低，而提高銅合金強(qiáng)度卻要以損失電導(dǎo)率為代價。因此，如何在保持高導(dǎo)電性的同時，大幅度提高合金的強(qiáng)度是現(xiàn)代銅合金研究的主要方向。目前的解決措施側(cè)重于使加入的第二相能均勻細(xì)小的分布在Cu基體中，從而提高合金的綜合性能。Nb具有超導(dǎo)性，可通過制備工藝使Nb均勻細(xì)小的分布在Cu基體中對合金產(chǎn)生彌散強(qiáng)化作用，提高強(qiáng)度，同時由于Nb在Cu中固溶度極低，即使在1000℃下Nb在Cu中的平衡固溶度也僅為0.1％(摩爾分?jǐn)?shù))，從而保證Cu基體仍具有高純度，使合金導(dǎo)電性也較好。

目前，制備Cu-Nb合金的工藝主要有形變復(fù)合法和機(jī)械合金法。其中形變復(fù)合法在制坯過程中難以使銅鈮兩相均勻混合，并且成型工藝非常復(fù)雜，因此限制了廣泛應(yīng)用；機(jī)械合金法可獲得在Cu基體上第二相均勻細(xì)小分布的合金，但由于需要長時間的球磨，不僅使得氧污染嚴(yán)重，而且細(xì)化后的粉末易引起粘結(jié)、團(tuán)聚，這些將導(dǎo)致熱壓坯密度不高，從而降低合金的綜合性能。激光增材制造技術(shù)基于分層—疊加制造的思想，利用高能量激光束將金屬粉末逐層熔化并成形為金屬零件，具有快速凝固、近凈成形的特點。利用冷速快這一優(yōu)勢可以制備出第二相Nb在Cu基體中彌散分布的Cu-Nb合金，同時近凈成形的特點使得加工工序大大減少，從而提高生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了利用激光增材制造技術(shù)具有快速凝固的特點，將幾乎不互溶的Cu、Nb兩種元素制成常規(guī)方法難以獲得的晶粒細(xì)小且組織均勻的過飽和固溶體，并通過后續(xù)熱處理工藝使Nb均勻彌散析出從而制得高強(qiáng)度的納米彌散強(qiáng)化銅合金

一種利用激光增材技術(shù)制造銅鈮合金的方法，其特征在于：首先通過球磨的方式制備Cu-Nb混合粉末，鈮粉的添加量控制在總質(zhì)量的5％到10％范圍內(nèi)。選擇合適的球磨時間和轉(zhuǎn)速使得復(fù)合粉末混合均勻且Nb粉粘附在Cu粉表面；將制備好的Cu-Nb混合粉末置于激光打印機(jī)中，所需的激光功率及掃描速度依據(jù)Nb含量的不同適當(dāng)調(diào)節(jié)，利用激光打印的快速凝固的特點打印出晶粒細(xì)小且組織均勻的過飽和固溶體Cu-Nb；然后通過熱處理使Nb彌散析出，析出的Nb一方面可以對銅基體產(chǎn)生彌散強(qiáng)化作用，提高強(qiáng)度，另一方面使Cu基體純度提升，從而提高基體導(dǎo)電率。

進(jìn)一步地，激光打印方式為粉末床式打印和同軸送粉式堆積打印兩種；粉末床式打印時所用球形Cu粉粒度為5-45um，Nb粉粒度為1-10um，同軸送粉式打印時所用球形Cu粉粒度為50-100um，Nb粉粒度為5-20um；球磨時球料比為5:1，轉(zhuǎn)速為150-300轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時間為30-60分鐘。

進(jìn)一步地，采用粉床式激光打印時，打印過程中采用氬氣保護(hù)，激光功率控制在100-250W范圍內(nèi)，掃描速度控制在230-300mm/s，激光束直徑100μm。

進(jìn)一步地，采用送粉堆積式打印時，打印過程中采用氬氣保護(hù)，激光功率控制在600-900W，掃描速度控制在650-850mm/min，激光束直徑控制在1-1.5mm，送粉速率控制在5-15g/min。

進(jìn)一步地，所述后期熱處理溫度為400-600℃，熱處理時間為60-120min。本發(fā)明的優(yōu)點在于：