[发明专利]一种激光选区熔化成形中空富铁颗粒增强铜基偏晶合金的方法

摘要

一种激光选区熔化成形中空富铁颗粒增强铜基偏晶合金的方法，该方法的特点为：将铜铁基合金粉末进行机械合金化处理，获得粒径为35～50μm、由具有面心立方晶体结构的过饱和铜铁固溶体组成的复合粉末作为成形材料；基于液相分离原理与Kirkandall效应，采用激光选区熔化法在基材表面制备中空富铁颗粒增强铜基偏晶合金，其中，铜铁基合金粉末由纯铜粉与铁基合金粉末按质量比为95：5或92：8或88：12组成，铁基合金粉末化学成分为：Fe 72.5wt.％，Ni 12wt.％，Nb 5.0wt.％，Cr 5.0wt.％，Si 0.6wt.％，B 2.5wt.％，C 0.2wt.％与Ce₂O₃0.2wt.％；中空富铁α‑Fe颗粒均匀分布于富铜ε‑Cu基体内，富铁颗粒中空直径为100nm～1000nm，富铁颗粒直径为0.5μm～10μm；中空富铁颗粒增强铜基偏晶合金的硬度是黄铜的1～3倍，电导率为60～70％IACS，冲击韧性是黄铜的2～5倍，抗压强度是黄铜的3～6倍，室温最大饱和磁化强度为80～120emu/g，矫顽力为0.5～10Oe。采用该方法制备的中空富铁颗粒增强铜基偏晶合金在软磁材料、高强高导以及吸波或抗震材料等领域具有广阔的应用前景。

主权项

1.一种激光选区熔化成形中空富铁颗粒增强铜基偏晶合金的方法，其方法与步骤为：(1)将铜铁基合金粉末在高能球磨机内进行机械合金化处理，然后放置于自动刮粉器的装料斗内，铜铁基合金粉末由纯铜粉与铁基合金粉末按质量比为95：5或92：8或88：12组成，其中铁基合金粉末化学成分为：Fe 72.5wt.％，Ni 12wt.％，Nb 5.0wt.％，Cr 5.0wt.％，Si 0.6wt.％，B 2.5wt.％，C 0.2wt.％与Ce₂O₃ 0.2wt.％；机械合金化工艺参数为：高能球磨机转速为300～500转/分，球磨气氛为氩气，不锈钢球与铜铁基合金粉质量比为12：1，不锈钢球直径为5～15mm，采用球磨30分钟然后暂停10分钟的方法球磨16～32小时，球磨后铜铁基合金粉末粒径为35～50μm，由具有面心立方晶体结构的过饱和铜铁固溶体组成；(2)将带有支撑结构的偏晶合金零件CAD模型分层切片，根据切片轮廓信息生成一系列激光选区熔化成形轨迹；将激光选区熔化工作室抽成真空，将表面经过除锈与喷沙处理的基材加热到200～600℃；根据生成的成形轨迹，采用激光选区熔化的方法逐层堆积成三维实体，由于合金元素之间扩散速度相差较大，基于液相分离原理与Kirkandall效应，在偏晶合金内形成中空富铁颗粒均匀分布于富铜基体内的结构特征；制备支撑结构的工艺参数为：光纤激光器波长为1060nm，激光功率P＝200～500W，支撑结构高度为2～5mm，激光扫描速度为500～750mm/s，分层切片厚度为50～100μm，搭接率为50％；制备偏晶合金零件的工艺参数：激光功率P＝200～500W，激光扫描速度为1500～5000mm/s，分层切片厚度为50～100μm，搭接率为50％，采用连续两层间激光扫描方向相互垂直的路径方式成形切片，直到完成偏晶合金零件制造；富铁颗粒中空直径为100nm～1000nm，富铁颗粒直径为0.5μm～10μm，中空富铁颗粒为体心立方的α‑Fe相，富铜基体为面心立方的ε‑Cu相；中空富铁颗粒增强铜基偏晶合金的硬度是黄铜的1～3倍，电导率为60～70％IACS，冲击韧性是黄铜的2～5倍，抗压强度是黄铜的3～6倍，室温最大饱和磁化强度为80～120emu/g，矫顽力为0.5～10 Oe。