一种SLM式3D打印Cu合金的制备方法

本申请涉及铜合金材料增材制造，具体涉及一种slm式3d打印cu合金的制备方法，尤其涉及一种用于铜镍锰硅合金的激光选区熔化的增材制造方法。

背景技术：

1、slm(激光选区熔化技术)是增材制造技术的一种实施方式，由粉床选区激光烧结技术发展而来，加工原料为金属粉末，以激光作为能量源，通过高密度的激光能量束熔化粉末床上的特定区域，逐层叠加制造出所需的零件的一种制造技术。激光选区熔化技术(slm)突破了传统制造工艺的变形成形和去除成形的常规思路，只根据cad图，利用金属粉末无需任何夹具和模具，直接获得复杂的任意零部件，实现“净成形”的材料加工新理念，特别适合复杂难加工的铜合金、高温合金等零件。

2、铜合金是以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金，常用的铜合金分为黄铜、青铜和白铜，cu合金具有优异的耐磨损、耐腐蚀性能、理想的强度、较高的抗软化温度、导电性和导热性等，在航空航天、汽车领域以及电子电器领域中具有良好的应用前景。其中，cu-ni-mn-si合金，被广泛应用于火箭燃烧室、大规模集成电路引线框架、高铁接触线、热交换器等，但随着国家工业的迅猛发展，对铜合金工艺以及制备提出了更高的要求，目前增材制造cu合金仍然较少，铜合金对于激光的吸收率较低，以及导热率太高能量被吸收走，且mn在激光作用下容易挥发形成孔洞和裂纹，增材制造成型工艺困难。

技术实现思路

1、鉴于背景技术中存在的问题，本申请提供一种slm式3d打印cu合金的制备方法，可以减少cu合金材料的浪费并降低cu合金复杂件的制造周期，进而促进cu合金在各领域的应用，以用于提高铜合金的耐磨性、耐腐蚀性、导热性以及力学性能。

2、根据本发明的一个方面，提供一种slm式3d打印cu合金的制备方法，包括：配料：打印所述cu合金使用气雾化cu合金粉末，所述cu合金粉末中，ni的质量百分比为0.1-10wt％，mn的质量百分比为2-5wt％，si的质量百分比为2-6wt％，余量为cu；slm式3d打印：将所述cu合金粉末装入3d打印设备粉仓内，使用slm选区激光熔化加工方式，并按照计算机生成的预加工件三维模型进行加工，在基板上进行打印；线切割：运用线切割的方式对打印好的cu合金工件进行线切割。

3、通过使用本技术方案中的slm式3d打印cu合金的制备方法，通过增材3d打印设备和自主研制的高性能、高质量、低成本的cu-ni-mn-si合金粉末，选择slm(选区激光熔化)增材制造方式，能够增加cu合金的高强度以及耐磨损耐腐蚀性能，导热性以及力学性能，同时可以直接加工成品或者半成品毛坯，减少cu合金材料的浪费并降低cu合金复杂件的制造周期，进而促进cu合金在各领域的应用。

4、另外，根据本申请的slm式3d打印cu合金的制备方法，还可具有如下附加的技术特征：

5、在本发明的一些实施方式中，所述cu合金粉末的球形度范围为0.55-0.88。

6、在本发明的一些实施方式中，所述cu合金粉末的粉末粒径为15-53μm且呈正态分布；

7、优选地，所述的cu合金粉末中粒径≤15μm的粉末颗粒数量占0.14％以下；

8、优选地，所述的cu合金粉末中粒径≤50μm的粉末颗粒数量占90.38％以下；

9、优选地，所述的cu合金粉末中粒径≥60μm的粉末颗粒数量占2％以下；

10、优选地，所述的cu合金粉末中粒径小于53μm的粉末颗粒数量占95％以上。

11、在本发明的一些实施方式中，所述的slm式3d打印过程使用氩气作为保护气体；

12、优选地，打印环境为正压；

13、优选地，3d打印设备的成型室压力为12.0mbar；

14、优选地，3d打印设备的成型室氧含量≤0.04％。

15、在本发明的一些实施方式中，所述3d打印设备的激光光斑直径为75-90μm；

16、优选地，3d打印设备激光束扫描速度为1000-1400mm/s；

17、优选地，3d打印设备打印时的功率为400-500w。

18、在本发明的一些实施方式中，所述的slm式3d打印过程激光扫描策略采用条纹扫描模式；

19、优选地，所述条纹扫描模式的激光扫描间距为0.02-0.08mm；

20、优选地，所述条纹扫描模式的扫描矢量的方向，上一层相对于下一层逆时针旋转67°。

21、在本发明的一些实施方式中，所述的slm式3d打印的铺粉厚度为0.02-0.08mm；

22、优选地，所述的slm式3d打印的铺粉厚度为0.03mm。

23、在本发明的一些实施方式中，所述线切割包括：将加工程序输入到控制器；开运丝，开水泵，调节喷水量，接通电源，选择参数；进入加工状态，将cu合金工件在基板上完整的切割下来。

24、在本发明的一些实施方式中，所述的计算机生成预加工件三维模型包括：在软件中画出所需的零件三维图，导入到3d打印机的切片软件中，对模型进行二维切片分层，设置打印顺序，再将模型切片分层文件导入到3d打印机中。

25、与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：

26、1.本工艺加工出来的合金材料成分均匀、金相组织致密，无宏观偏析，尺寸形状没有限制，并且，这种加工方式加工的合金零件具有极好的导热性和高温摩擦性，在航空汽车和电子工业领域中具有良好的应用前景；

27、2.打印顺序和铺粉方向的合理设置，节约了打印时间，提高了打印效率，降低了打印成本。

技术特征：

1.一种slm式3d打印cu合金的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的slm式3d打印cu合金的制备方法，其特征在于，所述cu合金粉末的球形度范围为0.55-0.88。

3.根据权利要求1或2所述的slm式3d打印cu合金的制备方法，其特征在于，所述cu合金粉末的粉末粒径为15-53μm且呈正态分布；

4.根据权利要求1所述的slm式3d打印cu合金的制备方法，其特征在于，所述的slm式3d打印过程使用氩气作为保护气体；

5.根据权利要求1所述的slm式3d打印cu合金的制备方法，其特征在于，所述3d打印设备的激光光斑直径为75-90μm；

6.根据权利要求1或5所述的slm式3d打印cu合金的制备方法，其特征在于，所述的slm式3d打印过程激光扫描策略采用条纹扫描模式；

7.根据权利要求1所述的slm式3d打印cu合金的制备方法，其特征在于，所述的slm式3d打印的铺粉厚度为0.02-0.08mm；

8.根据权利要求1所述的slm式3d打印cu合金的制备方法，其特征在于，所述线切割包括：

9.根据权利要求1所述的slm式3d打印cu合金的制备方法，其特征在于，所述的计算机生成预加工件三维模型包括：

技术总结
本申请涉及铜合金材料增材制造技术领域的一种SLM式3D打印Cu合金的制备方法，包括：配料：打印所述Cu合金使用气雾化Cu合金粉末，所述Cu合金粉末中，Ni的质量百分比为0.1‑10wt％，Mn的质量百分比为2‑5wt％，Si的质量百分比为2‑6wt％，余量为Cu；SLM式3D打印：将所述Cu合金粉末装入3D打印设备粉仓内，使用SLM选区激光熔化加工方式，并按照计算机生成的预加工件三维模型进行加工，在基板上进行打印；线切割：运用线切割的方式对打印好的Cu合金工件进行线切割。本申请可以减少Cu合金材料的浪费并降低Cu合金复杂件的制造周期，进而促进Cu合金在各领域的应用，以用于提高铜合金的耐磨性、耐腐蚀性、导热性以及力学性能。

技术研发人员：新巴雅尔,常敏,峰山,朱倩,肖红弟,胡晓明
受保护的技术使用者：内蒙古工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13