一种易偏析高弹性Cu-Ni-Sn合金的增材制造方法技术

本发明专利技术属于易偏析高弹性Cu‑Ni‑Sn合金材料的制备技术领域，尤其一种易偏析高弹性Cu‑Ni‑Sn合金的增材制造方法，本方法采用增材制造技术将干燥好的气雾化制备的Cu‑Ni‑Sn合金粉，通过合理设置工艺参数进行增材制造从而获得组织均匀、晶粒细小、高强度的样品材料。有采用上述技术方案，该方法具有工艺简单可靠，合金成分可控，适合复杂形状零部件生产，无需高温长时间固溶处理，加工成本低，操作灵活，适应性强等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种易偏析高弹性Cu-Ni-Sn合金的增材制造方法
本专利技术属于易偏析高弹性Cu-Ni-Sn合金材料的制备
，提出了以气雾化合金粉末为原料采用高能束激光或电子束增材制造技术制备合金材料的工艺方法。
技术介绍
Cu-Ni-Sn合金具有高强度、高弹性、优良的耐腐蚀性、耐磨损性及良好的导电性，以及较高的热稳定性和高温强度，因此是一种重要功能材料具有良好的发展前景。可用于制造航天航空、航海船舶、电子电器、通讯工程等领域的各类重载轴承、支撑架、信号开关、电连接器、继电器等元件。随着工业的发展人们对合金性能的要求不断提高，对环保的意识逐渐增强，广泛的应用于电子工业的铍青铜导电弹性元器件因铍青铜制造过程中产生的氧化物及其粉尘具有毒性、热稳定性不好、高温抗应变能力低等缺点,正逐渐被性能优异的高温高强Cu-Ni-Sn合金取代。Cu-Ni-Sn合金中元素Ni的含量为4-15wt%，Sn的含量为4-8wt%。Cu-Ni-Sn合金的强化机制主要有固溶强化、加工硬化和spinodal析出强化，其中spinodal调幅分解结构对合金的强化作用有着突出的贡献。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，阻碍其在工业中的大规模应用。Cu-Ni-Sn合金的制备方法主要有以下几种：真空熔炼法，用真空熔炼法制备Cu-Ni-Sn合金时，通常采用长时间高温均匀化退火以减少Sn元素的偏析，但是该种方法不仅耗时耗能而且效果不佳；喷射成形工艺，该方法制备的合金具有孔隙多，致密度低，只能生产简单形状零部件，对偏析的改善受到与冷源间距的限制，而且会产生大量的过喷粉末，降低材料利用率；粉末冶金方法，该方法制备合金时中间工序多，生产成本高，目前仅用于个别简单型材生产。随着科技的发展增材制造技术在工业领域的研究和应用越来越受到人们的重视，增材制造技术利用产品三维数据模型通过材料的逐层累积来实现实体产品的直接成形制造，因此增材制造技术可快速精密地制造出传统加工方法所不能实现的任意复杂形状的零件，可实现零件的一次成形，具有加工周期短、节约原材料等优点。由于激光束和电子束具有极高的能量密度，而且具有精细的加工尺寸，其在增材制造技术中的应用也越来越引起人们的重视。根据高能束能量形式不同可以分为激光增材制造和电子束增材制造，根据预先粉床铺粉和同步送粉或送丝两种不同的材料填充方式，激光增材制造技术又分为选区激光熔化（selectedlasermelting，SLM）技术和激光熔化沉积（lasermeltingdeposition，LMD）技术，电子束增材制造技术又可分为选区电子束熔化(electronbeammelting，EBM）技术和电子束熔丝沉积（electronbeamfreeformfabrication,EBFF）技术。预先粉床铺粉工艺是通过铺粉装置在基板铺放一层预设厚度的粉末，激光束或者电子束按照CAD模型分层切片形成二维数据文件规划的路径扫描并选择性的熔化粉末材料，扫描完成后成型台下降，铺粉器重新铺放新一层粉体材料，逐层堆积成一个冶金结合、组织致密的实体零部件。同步送粉或送丝工艺是将粉末状或者丝状材料送入激光或者电子束斑点扫描点处（模型分层切片后形成的二维数据文件规划的扫描路径）形成熔化沉积的技术。高能激光束和电子束斑点小、能量密度大，可以实现金属粉末的快速熔化与凝固，可以有效的抑制低熔点元素偏析，细化枝晶间距，显著增强材料组织均匀性和力学性能，一层扫描的热输入会对下层已成型部位形成退火作用，减小内部应力，制备的零部件后处理工序少，可直接进行退火处理，后处理工序无需进行高温固溶处理，降低生产成本。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种具有成分均匀、工艺简单、生产周期短、成本低，加工灵活、适应性的易偏析高弹性Cu-Ni-Sn合金的增材制造方法。本专利技术的技术方案是：一种易偏析高弹性Cu-Ni-Sn合金的增材制造方法，该方法以气雾化Cu-Ni-Sn合金粉末为原料，利用高能的激光束或电子束，采用粉床铺粉或同轴送粉两种工艺，从而实现零部件的一体化制造，粉床铺粉工艺通过铺粉辊在上一层表面铺上一层厚度均匀的金属粉进行激光选区熔化成形，而同轴送粉工艺是将粉末状或者丝状材料通过给料系统送达高能束斑点位置进而熔化堆积成形。进一步，该方法的具体步骤为：步骤1：将粒度范围15-120微米的Cu-Ni-Sn气雾化粉合金粉末，置于真空干燥箱进行干燥粉体，干燥温度为60-90℃，干燥时间4-8小时，备用；步骤2：将基板为45#钢等铁基合金、铜合金、铝合金等多种金属材料，以细砂纸打磨去除油污和氧化皮，并用酒精或丙酮清洗干净，干燥后使用；步骤3：将基板固定在工作平台上并调平，激光增材制造时工作舱采用Ar气作为保护气体或者采用真空环境，电子束增材制造选用真空环境，工作舱采用保护气体或者抽真空有效的避免了金属粉末和成形试样的氧化，提高了零件的质量。设置好成形工艺参数，打开激光器或电子束设备，然后进行连续制造。本专利技术的有益效果是：由于采用上述技术方案，该方法具增材制造技术用于制备易偏析合金具有突出的技术优势，首先设备占地面积小、加工灵活方便、成形精度高，可根据需要利用CAD软件建造复杂结构模型，特别适合小批量、多尺寸规格零部件的加工；其次增材制造技术采用CAD数字模型切片分层制造的思想，具有较高的材料利用率，合金粉末可以重复利用。本方法制备易偏析高强Cu-Ni-Sn合金材料具有成分均匀、工艺简单、生产周期短、成本低，加工灵活、适应性强等优点。附图说明图1为采用本专利技术方法制备得到试样的合金粉末截面SEM微观组织电镜示意图。图2为采用本专利技术方法制备得到试样材料上表面的SEM组织形貌电镜示意图。图3试样材料EDS分析示意图。具体实施方式以下结合具体实施方式对本专利技术做进一步的说明。本专利技术一种易偏析高弹性Cu-Ni-Sn合金的增材制造方法，其特征在于，该方法以气雾化Cu-Ni-Sn合金粉末为原料，利用高能的激光束或电子束，采用粉床铺粉或同轴送粉两种工艺，从而实现零部件的一体化制造，粉床铺粉工艺通过铺粉辊在上一层表面铺上一层厚度均匀的金属粉进行激光选区熔化成形，而同轴送粉工艺是将粉末状或者丝状材料通过给料系统送达高能束斑点位置进而熔化堆积成形。该方法的具体步骤为：步骤1：将粒度范围15-120微米的Cu-Ni-Sn气雾化粉合金粉末，置于真空干燥箱进行干燥粉体，干燥温度为60-90℃，干燥时间4-8小时，备用；步骤2：将基板以细砂纸打磨去除油污和氧化皮，并用酒精或丙酮清洗干净，干燥后使用；步骤3：将基板固定在工作平台上并调平，激光增材制造时工作舱采用Ar气作为保护气体或者采用真空环境，设置好成形工艺参数，打开激光器或电子束设备，然后进行连续制造。进一步，所述步骤3的具体工艺为：3.1先把基板固定在工作缸上下移动的平台上，并将基板调平，使得铺粉厚度均匀，3.2在工控机成形软件输入3D数据模型，自动形成切片分层二维扫描数据，设置好工艺参数，然后对工作舱进行抽真空充入高纯Ar气操作，使舱内氧含量降到0.01%以下，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种易偏析高弹性Cu‑Ni‑Sn合金的增材制造方法，其特征在于，该方法以气雾化Cu‑Ni‑Sn合金粉末为原料，利用高能的激光束或电子束，采用粉床铺粉或同轴送粉两种工艺，从而实现零部件的一体化制造，粉床铺粉工艺通过铺粉辊在上一层表面铺上一层厚度均匀的金属粉进行激光选区熔化成形，而同轴送粉工艺是将粉末状或者丝状材料通过给料系统送达高能束斑点位置进而熔化堆积成形。

【技术特征摘要】
1.一种易偏析高弹性Cu-Ni-Sn合金的增材制造方法，其特征在于，该方法以气雾化Cu-Ni-Sn合金粉末为原料，利用高能的激光束或电子束，采用粉床铺粉或同轴送粉两种工艺，从而实现零部件的一体化制造，粉床铺粉工艺通过铺粉辊在上一层表面铺上一层厚度均匀的金属粉进行激光选区熔化成形，而同轴送粉工艺是将粉末状或者丝状材料通过给料系统送达高能束斑点位置进而熔化堆积成形。2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：步骤1：将粒度范围15-120微米的Cu-Ni-Sn气雾化粉合金粉末，置于真空干燥箱进行干燥粉体，干燥温度为60-90℃，干燥时间4-8小时，备用；步骤2：将基板以细砂纸打磨去除油污和氧化皮，并用酒精或丙酮清洗干净，干燥后使用；步骤3：将基板固定在工作平台上并调平，激光增材制造时工作舱采用Ar气作为保护气体或者采用真空环境，设置好成形工艺参数，打开激光器或电子束设备，然后进行连续制造。3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：周香林，王纪兵，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11