[發(fā)明專利]一種銅合金晶格結構激光選區(qū)熔化成形制造工藝

有效

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• 申請日: 2022-01-21
• 公開（公告）號: CN114472923B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設計）人: 馬宇超;張學軍;孫兵兵;趙海生;張強
• 申請（專利權）人: 航發(fā)優(yōu)材（鎮(zhèn)江）增材制造有限公司
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F10/62;B33Y10/00;B33Y40/20
• 代理公司: 蘇州高專知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32474
• 代理人: 冷泠

本發(fā)明一種銅合金晶格結構激光選區(qū)熔化成形制造工藝，包括S1、晶格單胞設計：晶格單胞由A環(huán)、B環(huán)構成；S2、晶格整體設計：以一種板狀熱交換零件為示例，保留幾何夾層結構的外形尺寸及其兩側壁板，將內部替換為晶格單胞填充；S3、選用材料及設定工藝參數(shù)；S4、擺放方案設計：采用豎直擺放，將采用晶格整體結構的板狀熱交換零件立于基板上，保持晶格單胞上的貫穿孔為豎直狀態(tài)；S5、激光選區(qū)熔化成形；S6、退火處理；S7、后處理。本發(fā)明設計了一種晶格結構，相比目前艦船零部件及熱交換器上的傳統(tǒng)幾何夾層結構減重大于40％，熱交換性能提升大于25％,同時解決了銅合金激光選區(qū)熔化成形難題，成形制件缺陷得到控制，致密度高，力學性能優(yōu)于傳統(tǒng)工藝，突破了銅合金晶格結構制造工藝。

技術領域

本發(fā)明涉及激光選區(qū)熔化成形領域，具體涉及一種銅合金晶格結構激光選區(qū)熔化成形制造工藝。

背景技術

銅合金耐腐蝕性好，非常適用于長期接觸海水的艦船零部件，同時具備了良好的導熱性能，廣泛應用于冷凝管、熱交換器。現(xiàn)有的艦船零部件及熱交換器零件受制于傳統(tǒng)鑄、鍛工藝的限制，采用實體結構或簡單幾何夾層結構，這類結構具有比表面積小、熱交換效果差、重量大、材料浪費的明顯缺點。而晶格結構不僅可以實現(xiàn)更好熱交換性能，還具有輕量化優(yōu)勢，減重的同時也更有效的利用了材料。晶格結構有著單元微小整體復雜的特點，傳統(tǒng)鑄、鍛工藝無法制造，激光選區(qū)熔化成形技術是其制造生產的唯一途徑。然而，銅合金激光選區(qū)熔化成形一直是行業(yè)難題，此類材料具有高的激光反射率，成形過程中能量吸收少，內部缺陷尺度大數(shù)量多，力學性能差，難以實現(xiàn)工程化應用。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種銅合金晶格結構激光選區(qū)熔化成形制造工藝。

本發(fā)明通過如下技術方案實現(xiàn)上述目的：一種銅合金晶格結構激光選區(qū)熔化成形制造工藝，包括以下步驟：

S1、晶格單胞設計：

晶格單胞由A環(huán)、B環(huán)構成，A環(huán)兩側自上而下有方形貫穿孔，中心具有中心柱結構，柱上有圓形貫穿孔，而B環(huán)外形與A環(huán)一致，只是兩側開孔為圓形，兩環(huán)中心柱共用重合，二者構成垂直關系，從而組合成為晶格單胞；

S2、晶格整體設計：以一種板狀熱交換零件為示例，保留幾何夾層結構的外形尺寸及其兩側壁板，將內部替換為晶格單胞填充；

S3、選用材料及設定工藝參數(shù)：

材料：粒度范圍15-45um或15-53um的銅合金粉末；

工藝參數(shù)：鋪粉層厚40-60um，激光功率150-350W，激光掃描速度500-1000mm/s，掃描線間距0.06-0.09mm，條帶寬度5-15mm；

S4、擺放方案設計：采用豎直擺放，將采用晶格整體結構的板狀熱交換零件立于基板上，保持晶格單胞上的貫穿孔為豎直狀態(tài)；

S5、激光選區(qū)熔化成形：將足量銅合金粉末材料及厚度在10～60mm的不銹鋼基板裝載入激光選區(qū)熔化設備中，完成零件模型、擺放方案、工藝參數(shù)等數(shù)據(jù)的輸入，保護氣氛構建后，進行激光選區(qū)熔化成形；

S6、退火處理：將連帶基板的零件放入熱處理爐，隨爐升溫，在500～800℃下保溫1～3h，氬氣冷卻至室溫后出爐；

S7、后處理。

進一步的，中心柱起核心支撐作用，四周環(huán)形占有了單胞尺寸的三維空間區(qū)域；環(huán)形四周外側及中心柱上下的方形面是結合面，大量的單胞可通過這些結合面互相連接構成更大尺寸的整體結構；晶格單胞結構可放大、縮小來進行應用，尺寸不作限定；各個孔可以是方、圓或任何其他形狀,孔的大小也可調整。

進一步的，所述晶格單胞間通過結合面形成互相連接，在其前后左右上下6個方向均可構成連接；單層由多個晶格單胞陣列而成，多層進行疊加，中心進行結構加強。