[发明专利]一种冷形变及热处理强化增材制造Cu-Ni-Sn合金的制备方法

说明书

本发明的实施例公开一种冷形变及热处理强化增材制造Cu‑Ni‑Sn合金的制备方法，属于Cu‑Ni‑Sn合金材料的制备技术领域。该制备方法包括以气雾化Cu‑Ni‑Sn合金粉末为原料，采用增材制造技术制备Cu‑Ni‑Sn合金坯料和将所获得的Cu‑Ni‑Sn合金坯料进行适当的形变与热处理。本发明制备的Cu‑Ni‑Sn合金材料成分均匀，无宏观偏析，致密度高，晶粒尺寸细小，无需均匀化处理，无需添加合金元素，缩短了加工工艺流程，并可直接制备复杂形状零部件及坯料，生产简便灵活；后续的冷形变及热处理使得抗拉强度、屈服强度大幅度上升，硬度大幅度提高，以匹配电子产品所需的力学性能和表面硬度。

技术领域

本发明属于Cu-Ni-Sn合金材料的制备技术领域，涉及一种冷形变及热处理强化增材制造Cu-Ni-Sn合金的制备方法。

背景技术

随着电子设备逐步向小型化、轻量化的方向发展，以及人们环保意识的提高，因此对电子设备所用铜合金材料的性能提出了更高的要求。目前Cu-Ni-Sn合金与铍青铜相比，生产成本低、无毒环保、强度高、耐磨性好、抗高温应力松弛性好、高温导电稳定性高，因此可以部分替代铍铜合金应用于电子工业。Cu-Ni-Sn合金由于材料本身成分的特性：Ni元素的加入抑制了Sn元素在Cu中的溶解度，使得该合金在采用传统的熔炼方法制备时，铸锭中的Sn元素极易产生严重偏析，从而影响了合金成分与性能的均匀性及后续压力成形性能。为解决偏析，通常需要添加合金元素或者进行长时间高温均匀化处理，此外还需要进行固溶处理、热变形、退火、冷变形、时效等诸多加工工艺，最终才能获得所需成品。而高能束(激光、电子束)金属增材制造技术可以实现材料的快速熔化凝固，有效地抑制过饱和固溶体中溶质元素的偏析，也可以细化晶粒尺寸，并形成大量的位错结构。故而可以利用高能束金属增材制造技术制备成分均匀的Cu-Ni-Sn合金零部件及坯料。

根据增材制造工艺原理及热源的不同，可以将高能束金属增材制造技术分为三类，分别为基于粉末床熔化技术的激光粉床熔化技术(Laser powder bed fusion，L-PBF)和电子束粉床熔化技术(Electron beam powder bed fusion，EB-PBF)，以及基于定向能量沉积的激光定向能量沉积技术(Laser directed energy deposition，L-DED)。

其中：激光粉床熔化技术和电子束粉床熔化技术是通过铺粉设备在上一层打印好的表面铺上一层一定厚度的金属粉后根据模型的二维切片数据按照设定好的扫描路径进行高能束(激光束、电子束)熔化成形，根据模型一层一层的重复进行，直至完成零部件或者坯料的制备。

而激光定向能量沉积技术则是将合金粉末通过给料系统送达激光束位置在保护气体氛围下熔融沉积成形，可以与机器人配合，加工灵活方便。

随着高能束金属增材制造技术突飞猛进的发展，目前已经可以实现多激光束或电子束同时制备一个零部件，使得增材建造效率大大提高，因此该技术也可以满足对小尺寸、少批量、多种类、高性能Cu-Ni-Sn合金原料制备的需求。高能束金属增材制备的Cu-Ni-Sn合金原料成分均匀，无需均匀化处理，无需添加合金元素，加工工艺流程短。

与传统的真空熔炼法、喷射成型法和粉末冶金法相比，本发明的冷形变及热处理强化增材制造Cu-Ni-Sn合金的制备方法无需添加合金元素，无需进行均匀化处理，生产周期短，材料性能优良(致密度高、成分均匀、强度高、塑性好、晶粒尺寸细小、位错密度高)；后续的冷变形及热处理使得抗拉强度、屈服强度大幅度上升，断后延伸率略低，硬度大幅度提高，以匹配电子产品所需的力学性能和表面硬度。

发明内容

本发明解决的技术问题是目前的易偏析高强高弹Cu-Ni-Sn合金制备过程易产生宏观偏析，加工工艺流程长，表面硬度、抗拉强度和屈服强度低。