鎢銅合金的雷射3D列印方法與流程
2023-05-14 19:53:06
本發明涉及鎢銅合金成形技術領域，具體涉及一種利用雷射3D列印技術製備鎢銅合金構件的方法。
背景技術：
鎢銅合金因結合了鎢的高熔點、低線膨脹係數、高強度和銅的良好導電和導熱性，而具有良好的導熱導電性、耐電弧侵蝕性、抗熔焊性和耐高溫抗氧化等優點，現已廣泛應用於電力、電子、機械、冶金等行業。但是，鎢銅合金是一種典型的假合金，因鎢和銅不相溶，全緻密化困難，孔隙度較大，故對材料的導熱導電性能、氣密封性和力學性能等存在不利影響。採用傳統的粉末冶金和熔滲工藝所製備的鎢銅合金存在顯微組織粗大，殘餘孔隙度大，材料微觀組織的均勻化不完全，產品的形狀、大小受到限制等問題，從而不能最大限度發揮鎢銅合金的潛力。因此，顛覆傳統以粉末冶金和熔滲為主的製造工藝，從而無尺寸和形狀限制地製備組織和性能優良的鎢銅合金構件，是使鎢銅合金適應各種新技術的要求的關鍵。
雷射3D列印技術屬於快速成形技術的一種，與傳統的切削等機械加工技術不同，該技術是一種以數字模型文件為基礎的先進位造技術，具有選材範圍廣、材料利用率高、低成本、精度高、周期短等優勢。由於雷射3D列印技術是一種逐層沉積的增材製造技術，因此可製備具有複雜形狀、無尺寸限制的鎢銅合金構件。另外，雷射3D列印技術採用的高能雷射束可充分熔化金屬粉末，逐層堆積出高緻密、組織細小、成分均勻、性能優異的近終形零件。因此，採用雷射3D列印技術製備鎢銅合金構件對於提高鎢銅合金的性能和擴展其應用領域具有重要意義。
技術實現要素：
根據上述提出的技術問題，而提供一種鎢銅合金的雷射3D列印方法。
一種鎢銅合金的雷射3D列印方法，其特徵在於：將粒徑為1～500μm的純銅粉末和純鎢粉末分別放置在同軸送粉雷射3D印表機送粉器的兩個送粉桶內，通過調整兩送粉桶的送粉量，在大於0小於等於0.4的範圍內調整輸送到雷射加工點處的粉末中銅與鎢的質量比，在雷射功率100～2500W，掃描速度100～600mm/min，雷射光斑直徑0.1～6mm，搭接率為15～50％，列印層厚0.005～2mm，列印環境氧濃度低於50ppm，基板預熱溫度0～800℃的條件下，利用同軸送粉雷射3D列印方法獲得隨著列印層數的增加具有所需成分梯度變化或成分恆定的鎢銅合金構件，將得到的鎢銅合金構件在惰性氣體保護和溫度300～800℃下退火，時間2～12h。
所述純銅粉末和所述純鎢粉末的粒徑為1～100μm或20～100μm。
所述雷射功率為1000～2500W。
所述雷射光斑直徑為1～6mm。
所述列印層厚為0.1～2mm。
所述雷射3D印表機送粉器兩個送粉桶的送粉率分別大於0小於等於30g/min。工作時，兩個送粉桶的送粉率在上述範圍內調整，進而調整輸送到雷射加工點處的粉末中銅與鎢的質量比，兩個送粉桶獨立工作，相互不影響。
所述基板預熱通過支撐基板的導熱銅板的傳熱實現，所述導熱銅板內部接通溫度為0～800℃的循環流動液體或布置加熱電阻絲。
所述基板的厚度為5～60mm，材質為45號鋼、TC4鈦合金或純銅。
利用導熱矽膠將所述基板緊密粘貼到所述導熱銅板上。
通過調整兩送粉桶的送粉量，在大於等於0.1小於等於0.4的範圍內調整輸送到雷射加工點處的粉末中銅與鎢的質量比。
本發明雷射3D列印的鎢銅合金構件組織緻密可控，成分均勻，具有良好的導熱導電性、耐電弧侵蝕性、抗熔焊性和高溫抗氧化性。本發明的優點是克服粉末冶金和熔滲方法製備鎢銅合金緻密化速度慢，緻密化程度低，組織粗大且分布不均，生產周期較長，產品的形狀、大小受到限制等缺點，且具有節省原料、效率高等優點，在電子封裝、集成電路、國防軍工、航空航天等領域都具有巨大的應用前景。
基於上述理由本發明可在鎢銅合金成形等技術領域廣泛推廣。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖做以簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發明的具體實施方式中鎢銅合金的雷射3D列印方法所用裝置的示意圖。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
鎢銅合金的雷射3D列印方法所用裝置的示意圖如圖1所示。
圖中：1、真空手套箱，2、雷射熔覆頭，3、雷射束，4、粉末，5、鎢銅合金構件，6、基板，7、導熱矽膠，8、導熱銅板，9、加熱液體導管，10、工作檯，11、雷射器，12、光纖，13、送粉器，14、送粉桶一，15、送粉桶二，16、送粉管。
實施例1：
將粒徑為20～100μm的純銅粉末和純鎢粉末分別放置在同軸送粉雷射3D印表機送粉器13的送粉桶一14和送粉桶二15內。
通過調整送粉桶一14和送粉桶二15的送粉量，在大於0.1小於等於0.4的範圍內調整輸送到雷射加工點處的粉末4中銅與鎢的質量比，並且隨著列印層數的增加，銅和鎢的質量百分比保持不變。
基板6為厚度為20mm，材質為45號鋼。
利用導熱矽膠7將基板6緊密粘貼到導熱銅板8上。
導熱銅板8內部接通溫度為室溫的循環流動水。
利用計算機構建三維實體模型，設置沿Z向生成每層厚度為0.5mm的層狀模型以及各層掃描路徑程序。
雷射3D列印的工藝參數：雷射功率1500W，掃描速度300mm/min，雷射光斑直徑4mm，搭接率30％，列印環境氧濃度低於50ppm。
啟動列印程序，雷射束3按照預置的掃描路徑完成第一層截面圖形列印，雷射列印頭上升0.5mm，開始第二層截面圖形列印，上述過程循環進行，最終得到鎢銅合金構件5。
將得到的鎢銅合金構件5移到加熱爐中，爐內有N2氣體保護，溫度500℃，退火處理時間2h，完成鎢銅合金構件5的製備。
實施例2：
將粒徑為20～100μm的純銅粉末和純鎢粉末分別放置在同軸送粉雷射3D印表機送粉器13的送粉桶一14和送粉桶二15內。
通過調整送粉桶一14和送粉桶二15的送粉量，在大於0小於等於0.4的範圍內調整輸送到雷射加工點處的粉末4中銅與鎢的質量比，並且隨著列印層數的增加，銅和鎢的質量比發生梯度變化。
基板6為厚度為20mm，材質為45號鋼。
利用導熱矽膠7將基板6緊密粘貼到導熱銅板8上。
導熱銅板8內部接通溫度為室溫的循環流動水。
利用計算機構建三維實體模型，設置沿Z向生成每層厚度為0.5mm的層狀模型以及各層掃描路徑程序。
雷射3D列印的工藝參數：雷射功率1500W，掃描速度300mm/min，雷射光斑3直徑4mm，搭接率30％，列印環境氧濃度低於50ppm。
啟動列印程序，雷射束3按照預置的掃描路徑完成第一層截面圖形列印，雷射列印頭上升0.5mm，開始第二層截面圖形列印，上述過程循環進行，最終得到鎢銅合金構件5。
將得到的鎢銅合金構件5移到加熱爐中，爐內有N2氣體保護，溫度500℃，退火處理時間2h，完成鎢銅合金構件5的製備。
最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。