[发明专利]一种铜/钢复合梯度材料零件及其制备方法

说明书

本发明公开一种铜/钢复合梯度材料零件的制备方法，具体操作步骤为：步骤1：对基板表面进行机械清理，去除表面杂质、油污；步骤2：设计并选用合理的钢侧用焊丝、过渡层用焊丝及铜侧用焊丝；步骤3：选用熔化极气体保护焊完成铜/钢复合结构的增材制造，并对增材件进行热处理，随炉冷却。该制备方法，解决增材制造过程中熄弧出熔池塌陷问题，提高增材件的质量。还提供一种铜/钢复合梯度材料零件，由上述一种铜/钢复合梯度材料零件的制备方法制备得到。

技术领域

本发明属于金属材料制造领域，具体涉及一种铜/钢复合梯度材料零件，还提供了该种铜/钢复合梯度材料零件的制备方法。

背景技术

随着现代工业制造技术的快速发展，对结构件的性能提出了更高的要求，单一材料的结构已然无法满足尖端领域的要求，因此，结构件的发展逐渐趋向于多功能化。铜由于其良好的导电性、导热性以及耐磨性，被广泛应用于电子、核电、航天等领域。但由于有色金属价格昂贵，不利于企业的成本控制。因此，必须优化零件结构，降低有色金属的使用量。工业上常利用铜/钢复合件代替单一材料的结构，弥补企业成本控制方面的不足。另一方面，也可以提高结构件的强度，使两种材料的性能都得到充分的发挥。目前，对于较为小型复杂的铜/钢复合件的制造常以增材制造为主，但因增材工艺以及过渡材料的研究还不够成熟，导致结构件的成型效果、力学性能都达不到工况要求。

因此，本发明将以电弧增材技术为基本手段，设计合理的药芯焊丝及过渡材料，并优化现有的增材路径，从而提高零件的成型质量及力学性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种铜/钢复合梯度材料零件的制备方法，解决增材制造过程中熄弧出熔池塌陷问题，提高增材件的质量。

本发明的第二个目的是提供一种铜/钢复合梯度材料零件。

本发明所采用的技术方案是，一种铜/钢复合梯度材料零件的制备方法，具体操作步骤为：

步骤1：对基板表面进行机械清理，去除表面杂质、油污；

步骤2：设计并选用合理的钢侧用焊丝、过渡层用焊丝及铜侧用焊丝；

步骤3：选用熔化极气体保护焊完成铜/钢复合结构的增材制造，并对增材件进行热处理，随炉冷却。

本发明的特征还在于，

步骤1中，基板材料为Q345B。

步骤2中，(1)钢侧用焊丝选用Φ1.2mm的CHW50C6碳钢焊丝；(2)过渡用焊丝选用Φ1.2mm的药芯焊丝，包括药芯和T2纯铜焊皮，其中药芯按质量百分比由以下原料粉末组成：68～78％Ni，0.5～1％Mn，0.8～1.5％Si，余量为Cu，以上组分质量百分比之和为100％；(3)铜侧用焊丝选用Φ1.2mm的药芯焊丝，包括药芯和T2纯铜焊皮，其中药芯按质量百分比由以下原料粉末组成：6～9％Ni，15～18％Al，余量为Cu，以上组分质量百分比之和为100％。

步骤3中，增材制造采用钢侧-过渡层-铜侧的增材顺序进行制造，其中，使用钢侧用焊丝为原料在钢侧沉积10～13层，然后使用过渡层用焊丝为原料1～2层，使用铜侧用焊丝为原料在铜侧沉积10～13层。

步骤3中，增材工艺参数具体为：①钢侧：焊接电流为180～215A，电压为20～25V，焊丝伸出长度10～15mm，焊接速度5～8mm/s，保护气体为：体积分数为90％Ar+体积分数为10％CO₂的混合气体，以上组分体积百分比之和为100％，气体流量15～20L/min；②过渡层及铜侧：焊接电流为220～260A，电压为23～27V，焊丝伸出长度10～15mm，焊接速度4～6mm/s，保护气体选用体积分数为99.99％的纯氩气，气体流量为15～20L/min。

步骤3中，热处理的工艺条件为：保温温度400～450℃，保温时间30～50min。