[發明專利]一種銅鋁過渡段復合結構的制備方法

有效

• 申請號: 202011029781.9
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112077312B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 關杰仁;王小廷;王秋平;陳超;丁紅瑜;尹衍軍
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學;江蘇科技大學海洋裝備研究院
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F10/60;B33Y10/00;B33Y70/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種銅鋁過渡段復合結構的制備方法，包括以下步驟：(1)在銅實體上使用銅粉利用激光3D打印技術打印銅骨架；(2)向銅骨架間隙內填充鋁熔液，得到銅鋁復合結構；(3)以銅鋁復合結構上表面為基準，使用鋁合金粉末利用激光3D打印方法在銅鋁復合結構上打印鋁實體。該方法將激光3D打印技術與真空負壓浸滲法相結合，在銅鋁過渡段處構建銅骨架，利用分層軟件設計每一層的孔隙率，在銅實體上近凈成型任意復雜結構，無需模具和后續加工過程，節省材料成本和人工作業時間；具有互通三維結構的銅骨架增加了鋁溶液的接觸面積，銅向鋁過渡，形成逐級過渡的界面特征，復合體致密性高，鋁銅結合強度高，斷裂風險低。

技術領域

本發明涉及一種復合結構的制備方法，更具體地，涉及一種銅鋁過渡段復合結構的制備方法。

背景技術

在電力系統中，需要消耗大量導電材料，許多設備的接線端應用銅材料，而架空導線采用鋁材料。對于銅鋁過渡接頭處，一般采用焊接的處理方式，一旦存在小小的縫隙，便可能受到腐蝕而發生氧化，不僅增大接觸電阻，還會導致結合強度下降而發生斷裂，縮短使用壽命，威脅供電系統的安全性。隨著金屬3D打印技術的普及，由于成形艙內的封閉環境為真空狀態或氧含量小于100ppm，采用金屬3D打印工藝成形的零件致密度能夠達到99.9％以上，力學性能優異。目前，銅及銅合金、鋁合金的成形工藝趨于成熟，但現有設備一次只能成形同一種金屬材料，若在制備的零件上成形另一種金屬材料，過渡段處必然會發生接觸不匹配問題，致使結合強度弱，特別對于銅鋁過渡段來說，較高的激光反射率和熱導率使得兩種材料的界面過渡段容易形成冶金缺陷，接觸電阻增大導致發熱和氧化，在運行過程中易斷裂，埋下嚴重安全隱患。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種過渡段接觸匹配性高、結合強度大的銅鋁過渡段復合結構的制備方法。

技術方案：本發明所述的銅鋁過渡段復合結構的制備方法，包括以下步驟：

(1)在銅實體上使用銅粉利用激光3D打印技術打印銅骨架；

(2)向銅骨架間隙內填充鋁熔液，得到銅鋁復合結構；

(3)以銅鋁復合結構上表面為基準，使用鋁合金粉末利用激光3D打印方法在銅鋁復合結構上打印鋁實體。

其中，步驟1中，銅實體在隔板上3D打印成形，打印銅實體的工藝參數為激光功率200～400W，掃描速度1000～1500mm/s，掃描間距為70～80μm，層厚為20～30μm，所述銅骨架利用分層軟件設計，并將三維信息離散化，獲得每一層截面的二維平面和輪廓信息，導入成形設備，控制系統根據切片信息生成激光的掃描路徑，在適宜的工藝參數范圍逐層打印并堆積，銅骨架結構的孔隙率隨層高增加而逐層增加；銅實體和隔板通過定位孔連接固定，銅粉為球形的無氧銅或銅錫合金，打印銅骨架的工藝參數為激光功率200～400W，掃描速度1000～1500mm/s，掃描間距為70～80μm，層厚為20～30μm，打印銅骨架時在惰性氣氛中，氧含量低于100ppm；

其中，步驟2中將銅骨架放入內壁涂覆有石墨層的坩堝中，利用真空負壓將鋁熔液滲透到銅骨架間隙中，鋁熔液的材質為鋁硅合金或鋁錳合金。

其中，步驟3中鋁合金粉末為球形的鋁硅合金或鋁錳合金粉末，打印鋁實體工藝參數設置為激光功率200～350W，掃描速度1000～1800mm/s，掃描間距為70～80μm，層厚為20～30μm，打印時在惰性氣氛中，氧含量低于100ppm。

有益效果：本發明與現有技術相比，其顯著優點是：1、將激光3D打印技術與真空負壓浸滲法相結合，在銅鋁過渡段處構建銅骨架，利用分層軟件設計每一層的孔隙率，在銅實體上近凈成型任意復雜結構，無需模具和后續加工過程，節省材料成本和人工作業時間；2、具有互通三維結構的銅骨架增加了鋁溶液的接觸面積，隨層高增加，鋁熔液的填充間隙逐漸增多，銅逐漸向鋁過渡，形成逐級過渡的界面特征，利用真空負壓條件提高復合體的致密性，鋁銅結合強度高，減少廢件的產生，降低斷裂風險，安全性高。

附圖說明