[发明专利]3D打印用球形高铬铜合金粉末及其制备方法

说明书

本发明提供了一种3D打印用球形高铬铜合金粉末及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：S1送料，在保护气体环境下，使棒料自转并在进给机构的带动下以设定的进料速度从一个限位位置运动至另一个限位位置；S2熔炼，调整系统内部的气体压力状态；对所述棒料进行真空感应熔炼以使顶部锥面熔化，并汇聚至所述棒料的顶部锥尖处形成液滴；S3雾化制粉，在雾化器内对所述液滴进行雾化处理，得到金属粉末；S4分级，在气体保护环境下，对充分冷却后的所述金属粉末进行粒度分级处理，获得满足要求的高铬铜合金粉末。采用该方法制备得到的粉末氧含量及氮含量较低，无夹杂引入，未出现宏观偏析。

技术领域

本发明涉及3D打印及粉末冶金技术领域，具体涉及一种3D打印用球形高铬铜合金粉末及其制备方法。

背景技术

铜铬合金是一种高强高导电性铜合金材料，具有良好的综合性能，并因其优异电力学特性而受到电子、电力、交通以及航空航天工业的广泛关注。其主要特点为：相对其它合金材料具备更高的强度、更好的导电导热性。目前提高铜铬合金强度最为有效的方法是增加合金中的铬含量，研究认为，细化合金中富铬相的尺寸，获得过饱和的铜铬固溶体并使其均匀的分布在铜基体中，合金中的材料强度则会相对提高，而导电性能则变化不大。此方法在提高合金强度的同时又保证了合金导电导热性能，但这对铜铬合金的制备提出了更高的要求。

目前铜铬合金粉末的制备工艺通过机械合金化法和真空熔炼气体雾化法，其中，机械合金化法主要通过高能球磨研磨纯铜和纯铬粉末，由于球磨过程中不可避免得引入杂质，导致粉末杂质以及气体含量较高，对后续构件性能造成不利影响。真空熔炼气雾化法采用石墨或陶瓷坩埚对对原料进行真空或非真空感应熔炼，利用导流管将熔化后的金属液导入雾化喷嘴中心，利用高压惰性气体对金属液进行破碎，获取球形或类球性合金粉末。由于铜、铬熔点差异较大，在熔炼过程中铜大量挥发，造成原料烧损率较高；且铜和铬的密度相差较大，在熔炼的过程中铬发生上浮，从而导致粉末出现宏观偏析；加之高温下铜、铬原料与坩埚材料发生化学反应，使得粉末中引入非金属夹杂物；随着铬含量的提高(wt％＞25)后，合金熔炼时间加长，金属液粘度大，在雾化过程中极易发生堵嘴，导致粉末制备过程终止，效率低下。

3D打印又称为“增材制造”，由于其相对于传统制造方法具有“柔性制造”和“节省原材料”的先天优势，近年来在全球制造业掀起热潮。应用3D打印技术可制造出尺寸精度接近成品的毛坯件，只需要少量或不需要机械加工就能满足构件的尺寸精度要求，因此大大提高了材料利用率并降低制造成本。球形金属粉末是当前主要的3D打印原材料之一，而高品质球形铜铬合金粉末的制备是拓展铜铬合金3D打印应用的关键因素。

因此，亟需一种粉末夹杂量低的3D打印用球形高铬铜合金粉末，并且粉末不会出现宏观偏析，而且成本低，制备效率高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种3D打印用球形高铬铜合金粉末及其制备方法，采用该方法制备得到的3D打印用球形高铬铜合金粉末氧含量及氮含量较低，且无夹杂引入，未出现宏观偏析，制备成本低，以解决现有技术中制备3D打印用球形高铬铜合金粉末过程夹杂引入、粉末宏观偏析的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种3D打印用球形高铬铜合金粉末的制备方法。

该3D打印用球形高铬铜合金粉末的制备方法包括以下步骤：

S1：送料，将设备内部抽真空，然后充入保护气体；在保护气体环境下，使棒料自转并在进给机构的带动下以设定的进料速度从一个限位位置运动至另一个限位位置；

S2：熔炼，调整系统内部的气体压力状态；对所述棒料进行真空感应熔炼以使顶部锥面熔化，并汇聚至所述棒料的顶部锥尖处形成液滴；

S3：雾化制粉，在雾化器内对所述液滴进行雾化处理，得到金属粉末；

S4：分级，在气体保护环境下，对充分冷却后的所述金属粉末进行粒度分级处理，获得粒度范围满足不同3D打印要求的高铬铜合金粉末。