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一种利用激光增材技术制造铜铬合金的方法

作者:admin 来源:未知 点击:94 更新时间:2019-04-13

导读:  本发明提供一种利用激光增材技术制造铜铬合金的方法,属于金属材料领域。

本发明提供一种利用 激光 增材技术制造铜铬合金的方法,属于金属材料领域。Cu?Cr触头材料的显微组织细化及超细化可望全面提升Cu?Cr触头材料的综合性能,同时使真空灭弧室绝缘强度升高,特别是Cr相的细化有利于提高合金的耐电压强度、抗电弧烧蚀能力和降低合金的截流值。传统的制备工艺如熔铸、粉末冶金法很难实现Cr相的细化以及Cr在铜中的均匀弥散分布。本发明采用激光增材制造技术来制备整块Cu?Cr合金材料,该技术不但能够细化Cr相,提高合金的综合性能,同时能够快速精密地制造出任意复杂形状的零件,从而实现了零件自由制造,解决了许多复杂结构零件的成形,并大大减少了加工工序,缩短了加工周期。

权利要求书

1.一种利用激光增材技术制造铜铬合金的方法,其特征在于首先根据采用的 激光打印 方式选用合适粒度的球形铜粉末,然后选用平均粒度小于2微米的Cr粉末与铜粉末进行球磨混合,通过控制球磨转速和时间使Cr粉末能够附着在球形Cu粉末的表面,Cr粉的添加量根据设计的成分进行确定,其范围可在5-60wt%进行任意调整;将混合后的粉末置于 激光打印机 中在适当的激光功率和扫描速度下打印制备成块体,然后再进行热处理得到最终CuCr合金材料。

2.根据权利要求1所述一种利用激光增材技术制造铜铬合金的方法,其特征在于激光打印方式为粉末床打印和同轴送粉式堆积打印两种,其中粉床式打印时球形铜粉的粒度为5-35微米范围,同轴送粉式堆积打印时铜粉的粒度为30-50微米。

3.根据权利要求1所述一种利用激光增材技术制造铜铬合金的方法,其特征在于对于同轴送粉式堆积打印方式,打印过程采用氩气氛保护,激光功率控制在500-700W,扫描速度控制在400-700mm/min,送粉速率10-15g/min。

4.根据权利要求1所述一种利用激光增材技术制造铜铬合金的方法,其特征在于对于粉床式激光打印方式,气氛采用氩气气氛,激光功率控制在50-200W范围内,扫描速度100-200mm/s, 激光束 直径100-200μm。

5.根据权利要求1所述一种利用激光增材技术制造铜铬合金的方法,其特征在于采用真空进行热处理,热处理温度为650-900℃,热处理时间60-90min。

说明书

一种利用激光增材技术制造铜铬合金的方法

技术领域:

本发明属于金属材料领域,涉及一种利用激光增材技术制造铜铬合金的方法。

背景技术:

近年来,大功率电路断路技术正在飞速发展,其中用于中压电路(5~38V)的真空开关,已成为主流产品。真空开关的工作原理是通过机械振动,使真空室的动触头和静触头分开和闭合,实现电路的开关。在触头分离的瞬间,由于强电场的作用,触头间燃起电弧,电弧的高温使触头表面微区金属融化并蒸发形成金属蒸汽流,直到金属蒸汽密度太小,不足以维持电弧为止,电路随之断开。因此对真空开关来说,触头材料十分关键,而且要求触头材料具有高导电率、良好机械性能及抗腐蚀性能。

由CuCr合金的相图可以发现,对于高Cr含量的CuCr合金,其实际上是两相结构的假合金,这种结构特点,使CuCr都充分保持了各自的良好特性熔点低、导电率和热导率高的Cu组元,有利于提高真空开关的分断能力,而第二组元Cr具有较高的熔点、较高的机械强度和较低的截流值,保证了真空开关具有良好的耐电压、抗烧蚀、抗熔焊和低截流特性。现在CuCr合金则是目前被广泛应用的触头材料。到目前为止,尚未发现有新的电触头材料性能优于CuCr合金。研究表明,CuCr材料的性能取决于显微组织,特别是Cr颗粒的大小,CuCr触头材料的显微组织细化,成分均匀化和Cr粒子的细化能大幅度地提高其耐电压强度和降低最大截留值。因此,研究晶粒更细的CuCr合金触头材料十分必要。

现今的CuCr合金常规制造技术主要包括混合熔铸法、机械合金法、快速凝固法等。混合熔铸法虽然生产成本低,但其生产的铜合金存在晶粒粗大、偏折严重、杂质含量高等问题,此外由于Cu、Cr难以互溶的特性,混合熔铸技术难以制造出高铬含量、铬分布均匀的CuCr合金。机械合金法是将铜粉与铬粉混合后进行压制成形和烧结,尽管能够一定程度上改善Cr的分布,但是仍然难以获得全致密的CuCr合金。文献报道的结果表明【刘杰,周志明,涂坚,黄灿,柴林江,黄伟九,王亚平, 激光 表面处理Cu Cr50合金的显微组织及性能,表面技术,2016,45(5):169-174】,Cu-Cr合金表面经过进一步的激光重熔处理可以大幅度降低Cr相的尺寸,改善Cr在铜的中分布,提高CuCr合金的硬度和耐磨性,这说明CuCr合金通过激光重熔快速凝固的方法细化Cr相是可行的,但是文献报道的激光表面重熔法只能用于Cu-Cr合金的表面改性,不能用于制取整块Cu-Cr合金材料。因此,在现有研究结果基础上,探索一种既可以制备块体CuCr合金,又能够使得Cr在Cu中均匀分布的方法迫在眉睫。

发明内容:

本发明目的是提供一种既可以制备块体CuCr合金,又能够使得Cr在Cu中均匀分布的方法。

一种利用激光增材技术制造铜铬合金的方法,其特征在于首先根据采用的 激光打印 方式选用合适粒度的球形铜粉末,然后选用平均粒度小于2微米的Cr粉末与铜粉末进行球磨混合,通过控制球磨转速和时间使Cr粉末能够附着在球形Cu粉末的表面,Cr粉的添加量根据设计的成分进行确定,其范围可在5-60wt%进行任意调整;将混合后的粉末置于 激光打印机 中在适当的激光功率和扫描速度下打印制备成块体,然后再进行热处理得到最终CuCr合金材料。

进一步地,激光打印方式为粉末床打印和同轴送粉式堆积打印两种,其中粉床式打印时球形铜粉的粒度为5-35微米范围,同轴送粉式堆积打印时铜粉的粒度为30-50微米。

进一步地,对于同轴送粉式堆积打印方式,打印过程采用氩气氛保护,激光功率控制在500-700W,扫描速度控制在400-700mm/min,送粉速率10-15g/min。

进一步地,对于粉床式激光打印方式,气氛采用氩气气氛,激光功率控制在50-200W范围内,扫描速度100-200mm/s, 激光束 直径100-200μm。

进一步地,采用真空进行热处理,热处理温度为650-900℃,热处理时间60-90min。

本发明的优点在于,采用激光增材制造的方法不但能够细化Cr相,提高合金的综合性能,同时能够快速精密地制造出任意复杂形状的CuCr合金零件,解决了许多复杂结构零件的成形,并大大减少了加工工序,缩短了加工周期。

具体实施方式:

(1)采用粉床式激光打印CuCr35合金

首先选用粒度在5-35微米的球形铜粉和平均粒度小于2微米的Cr粉末,通过球磨进行混合,球磨转速为150转/分种,球磨时间60分钟,铜粉与Cr粉的质量比为65:35。将混合后的粉末置于粉床式激光打印机中,采用氩气氛保护,激光功率采用150W,扫描速度150mm/s,激光束直径200μm。最后再将打印制备的CuCr合金于900℃进行真空热处理,热处理时间60min,然后随炉冷却得到最终的CuCr35合金。

(2)采用激光同轴送粉堆积式打印CuCr55合金

首先选用粒度在30-50微米范围内的球形铜粉和平均粒度小于2微米的Cr粉末,通过球磨进行混合,球磨转速为200转/分种,球磨时间90分钟,铜粉与Cr粉的质量比为45:55。将混合后的粉末置于同轴送粉激光打印机中,采用氩气氛保护,激光功率700W,扫描速度控制在700mm/min,送粉速率15g/min。最后再将打印制备的CuCr合金在850℃进行真空热处理,热处理时间90min,然后随炉冷却得到最终的CuCr55合金材料。


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