同时提高增材制造CuCrZr合金强度和电导率的方法与流程

本发明属于增材制造，特别涉及一种同时提高增材制造cucrzr合金强度和电导率的方法。

背景技术：

1、增材制造(additive manufacturing，am)，也被称为3d打印，是一种以近净成形方式制备复杂结构件的工艺体系。激光粉末床熔融技术(laser powder bed fusion，lpbf)作为增材制造技术的一种，其特征为高能量热源直接作用于材料，并按照特定策略逐层熔化凝固成形。lpbf制备试样的主要流程为：1)构建预设构件和/或支撑结构的cad模型，将构件cad模型切片成一定厚度和数量的平面层，导出模型的每一层数据；2)根据预先指定的金属材料确定lpbf工艺参数、扫描策略和特定的机器配置，并构建打印文件；3)通过铺粉部件将金属粉末按照平面层的厚度均匀地铺在基板上；4)激光依据设定的扫描策略作用于第一层特定区域的金属粉末，使其熔化和凝固；5)基板按照一层平面层的厚度向下移动，再进行铺粉形成第二层粉末层；6)循环激光打印、铺粉和打印过程以实现构件的制备。激光提供的能量和温度足以穿透单层粉末层，所以每一层粉末间均能实现熔合，从而确保构件的制备。

2、铜合金由于具有导电性高、导热率优异、耐磨性强、力学性能良好和机械加工性优异等特点，因此被广泛用于电气、航空航天、国防工业和机械制造等领域。随着工业高质发展和科技高效创新，铜合金的性能要求也愈加严苛，具体而言，在保持铜合金高导电率的同时需要提高其力学性能，这是目前铜合金的主要研究方向。cucrzr合金是一种常见的固溶时效强化型高强高导铜合金，具有强度高、硬度高、导热性能优良和耐辐照性良好等性能，可用作铁路轨道接触线、集成电路引线框架、结晶器内衬和电阻焊电极。一般而言，铜合金的强度和导电率间存在矛盾，即提高合金强度的代价是牺牲其电导率。与传统熔炼铸造工艺特点不同，lpbf技术具有高冷却速率和局部熔化凝固等特征，这必然使得lpbf制备cucrzr合金具有独特微观组织和性能。高冷却速率对lpbf制备cucrzr合金具有类似于固溶淬火的效应，使其呈现过饱和固溶状态，进而导致试样具有低电导率。此外，lpbf制备cucrzr合金中也会具有激光增材制造合金常见的微观组织特征，如位错缠绕边界的胞状亚晶结构。lpbf制备合金的相对密度为97.65～99.8％，强度为210～305mpa，硬度为70～120hv，电导率为15～20％iacs(international annealed copper standard，iacs)。lpbf制备cucrzr合金的导电和机械性能远低于传统工艺制备的铜合金，其中电导率没有达到20％iacs的行业使用标准。综上，lpbf制备cucrzr合金具有较低的强度和电导率。并且在相关专利中并没有提及如何同时提高增材制造无缺陷cucrzr合金强度和电导率的热处理方法。因此，有必要开发和优化相关热处理工艺以综合提升cucrzr合金性能。基于此，本发明开发的增材制造cucrzr合金的热处理方法具有非常重要的工程意义，有效填补了这一空白领域。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的增材制造cucrzr合金低强度和低电导率的技术问题，提供一种同时提高增材制造cucrzr合金强度和电导率的方法，可以保证试样中胞状亚晶结构稳定存在，避免基体晶粒粗化，且实现细小析出颗粒均匀分布在基体中，进而同时提高增材制造cucrzr合金的强度和电导率，实现强度和电导率的良好匹配。

2、本发明采用的技术方案是：同时提高增材制造cucrzr合金强度和电导率的方法，包括以下步骤：

3、步骤s1，采用增材制造技术制备无缺陷高致密度cucrzr合金；

4、步骤s2，将马弗炉或真空热处理炉升温至460～700℃，将步骤s1中得到的无缺陷高致密度cucrzr合金置于炉中，保温时间为0.5～12h，热处理气氛为空气、真空或者氩气；

5、步骤s3，待到额定保温时间后，将步骤s2热处理后的无缺陷高致密度cucrzr合金冷却，得到高强度和电导率的cucrzr合金，冷却方式为炉冷或者空冷。

6、进一步地，步骤s1中，所述增材制造技术为激光粉末床熔融技术。

7、进一步地，步骤s1中，所述激光粉末床熔融技术的工艺参数为激光体能量密度范围为200～1000j/mm3，制备出致密度高于99.3％的无缺陷高致密度cucrzr合金的合金块。缺陷指的是未熔粉、孔洞或者裂纹等缺陷。

8、进一步地，步骤s2中，将无缺陷高致密度cucrzr合金放入马弗炉或真空热处理炉中的时间控制在1分钟以内，并及时关闭炉门。

9、进一步地，步骤s2中，将马弗炉或真空热处理炉升温至500～550℃，保温时间为0.5～4h。

10、进一步地，步骤s3中，冷却速度为20～120℃/s。

11、与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明提出的热处理方法仅采用一次热处理，目的在于保证试样具有胞状位错结构的同时，析出更高数量的细小颗粒，进而保证试样具有最佳强度和电导率组合。本发明能够在微观结构上保持胞状亚晶结构的稳定存在，避免基体晶粒组织和析出颗粒的粗化，还促使大量细小颗粒的析出。上述微观组织的改善一方面能够减弱基体对电子的散射效应，从而提升试样的电导率；另一方面能够增强析出颗粒强化机制和保证位错强化机制，从而提升试样的强度。本发明能够同时提高增材制造cucrzr合金的强度和电导率，为实现高强高导cucrzr铜合金的增材制造提供了技术支持。

技术特征：

1.同时提高增材制造cucrzr合金强度和电导率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的.同时提高增材制造cucrzr合金强度和电导率的方法，其特征在于，步骤s1中，所述增材制造技术为激光粉末床熔融技术。

3.如权利要求2所述的.同时提高增材制造cucrzr合金强度和电导率的方法，其特征在于，步骤s1中，所述激光粉末床熔融技术的工艺参数为激光体能量密度范围为200～1000j/mm3，制备出致密度高于99.3％的无缺陷高致密度cucrzr合金的合金块。缺陷指的是未熔粉、孔洞或者裂纹等缺陷。

4.如权利要求1所述的.同时提高增材制造cucrzr合金强度和电导率的方法，其特征在于，步骤s2中，将无缺陷高致密度cucrzr合金放入马弗炉或真空热处理炉中的时间控制在1分钟以内，并及时关闭炉门。

5.如权利要求1所述的.同时提高增材制造cucrzr合金强度和电导率的方法，其特征在于，步骤s2中，将马弗炉或真空热处理炉升温至500～550℃，保温时间为0.5～4h。

6.如权利要求1所述的.同时提高增材制造cucrzr合金强度和电导率的方法，其特征在于，步骤s3中，冷却速度为20～120℃/s。

技术总结
本发明提供了同时提高增材制造CuCrZr合金强度和电导率的方法，属于增材制造技术领域，包括以下步骤：步骤S1，采用增材制造技术制备无缺陷高致密度CuCrZr合金；步骤S2，将马弗炉或真空热处理炉升温至460～700℃，将无缺陷高致密度CuCrZr合金置于炉中，保温时间为0.5～12h，热处理气氛为空气、真空或者氩气；步骤S3，待到额定保温时间后，将热处理后的无缺陷高致密度CuCrZr合金冷却，得到高强度和电导率的CuCrZr合金。本发明提出的热处理方法仅采用一次热处理，目的在于保证试样具有胞状位错结构的同时，析出更高数量的细小颗粒，进而保证试样具有最佳强度和电导率组合。

技术研发人员：马宗青,胡章平,姜海涛
受保护的技术使用者：烟台众金增材制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15