[發明專利]一種激光選區熔化成形高強高韌銅鐵基偏晶合金的方法

有效

• 申請號: 202011427363.5
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112643023B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 周圣豐;王小健;楊俊杰;易艷良;張治國;李衛
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: B22F1/12
• 分類號: B22F1/12;C22C9/00;C22C32/00;B22F10/28;B33Y10/00;B33Y70/10
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 桂婷

本發明公開了一種激光選區熔化成形高強高韌銅鐵基偏晶合金的方法，其中，銅鐵基合金粉末經球磨機混合均勻后粒徑為50μm；銅鐵基合金粉末化學成分為：Fe 34.2wt.％，P 3.5wt.％，Ni 2.2wt.％,Cr 1.5wt.％，Y₂O₃ 0.8wt.％，余量為Cu；該方法制備的銅鐵基偏晶合金具有纖維狀的疊層結構：纖維狀富鐵區由Fe₂P、Fe₃P與α?Fe組成，其內彌散分布有大量平均直徑為20nm的孿晶銅顆粒；纖維狀富銅區主要由ε?Cu組成；纖維狀富鐵區與纖維狀富銅區相互層疊堆垛；獲得的銅鐵基偏晶合金的抗拉強度達1.3GPa，延伸率達25％，彈性模量達140GPa，納米硬度達3.2GPa。

技術領域

本發明涉及一種激光選區熔化成形高強高韌銅鐵基偏晶合金的方法，屬于激光增材制造(3D打印)技術領域。

背景技術

偏晶合金是一類具有液-液相變溫度區間的合金，當形成彌散、核/殼與纖維狀結構時，具有獨特的物理與力學性能。尤其是銅鐵基偏晶合金，因與其它偏晶合金相比具有價格低廉與性能優異(導熱、導電、軟磁、磁阻、延展性、抗磨耐蝕)，在冶金(結晶器)、交通(受電滑板)、電力電子(觸頭與開關)、航空航天(發動機殼體)、醫療設備(電磁屏蔽)等行業具有重要的應用價值與廣泛的應用前景。然而，采用常規鑄造技術在地面上制備該合金，由于密度差易形成相偏析嚴重甚至兩相分層的凝固組織，極大地限制了該類合金在工業領域中的應用。

近年來，激光選區熔化成形技術能直接成形出接近完全致密度、力學性能良好的金屬零件，受到研究者與工業界人士的廣泛關注。激光選區熔化成形高強高韌銅鐵基偏晶合金，由于逐層成形的切片厚度很薄(約為50～100微米)，冷卻速度高達～10⁸K/s，可以極大地縮短液相分離過程，減小布朗凝并為主的空間遷移距離，誘導二次液相分離并在富鐵顆粒內形成大量具有納米孿晶結構的富銅顆粒，同時孕育劑還可以阻礙第二相富鐵液滴的Marangoni與Stokes運動。在變形過程中，第二相富鐵顆粒與納米孿晶都可以阻礙位錯運動而增加強度，同時納米孿晶還可以存儲位錯、吸收斷裂時的能量，納米富銅顆粒還可以改變裂紋擴展方向，承受較大塑性變形而增加塑/韌性。該方法可以實現多尺度“顆粒-孿晶”協同增強增韌銅鐵基偏晶合金結構功能一體化設計與制造，迄今為止，未發現國內外有對激光選區熔化成形(3D打印)均質高性能銅鐵基偏晶合金零件的研究報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種激光選區熔化成形高強高韌銅鐵基偏晶合金的方法。本發明是這樣來實現的，其方法與步驟為：

(1)將銅鐵基合金粉末在球磨機內混合均勻，然后放置于激光選區熔化成形機的自動鋪粉器的盛粉器內；

(2)將帶有支撐結構的銅鐵基偏晶合金零件CAD模型分層切片，根據切片輪廓信息生成一系列激光選區熔化成形軌跡；將激光選區熔化工作室抽成真空，將表面經過除銹與噴砂處理的黃銅板加熱到400℃；根據生成的成形軌跡，采用激光選區熔化的方法逐層堆積成三維實體的銅鐵基偏晶合金。

本發明在進行所述的步驟(1)時，銅鐵基合金粉末化學成分為：Fe 34.2wt.％，P3.5wt.％，Ni 2.2wt.％,Cr 1.5wt.％，Y₂O₃ 0.8wt.％，余量為Cu，余量為Cu；球磨機混粉工藝參數為：球磨機轉速為120轉/分，球磨氣氛為氦氣，球磨介質為乙醇，氧化鋯磨球與銅鐵基合金粉質量比為20：1，氧化鋯磨球直徑為5mm，采用球磨60分鐘然后暫停15分鐘的方法球磨36小時，球磨后銅鐵基合金粉末粒徑為50μm。