一种批量式3D打印CuCr复合触头的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种批量式3D打印CuCr复合触头的制备方法，包括以下步骤：1）将雾化Cu粉、Cr粉混合球磨，得到CuCr混合粉；2）将黄铜板材切割成留有加工余量的单片并固定在基板上；3）采用SLM 3D打印技术将CuCr混合粉在黄铜板材上打印成复合触头零件；4）线切割走刀取下打印好的复合触头零件，机器加工去除打印余量，得到CuCr复合触头；5）将CuCr复合触头用真空气氛炉热处理并保温3

【技术实现步骤摘要】
一种批量式3D打印CuCr复合触头的制备方法


[0001]本专利技术属于金属粉末制造制品
，具体是涉及一种批量式3D打印CuCr复合触头的制备方法。

技术介绍

[0002]铜基触头具有很好的应用市场，但是随着5G时代的来临，低成本、多样化的产品需求已经成为当代共识；而目前降低成本的方式有两种，一种是复合材料的开发：将触头作支撑的部分使用廉价材料代替；一种是开发新技术：开发出工序更少性能更优的工艺。
[0003]现有技术中专利CN111636061A公布了一种批量式激光熔覆生产CuCr复合触头的方法，该专利是将所需材料粉末熔覆在铜基表面，成品是机加坯料，达到了一定的成本节约效果，但是没有3D打印加工方式的材料利用率高，另外熔覆的生产方式不能支持复杂产品订制；专利CN109261961A公布了一种基于3D打印技术制备铜基电接触材料的制备方法，具体做法是先3D打印Cr骨架，然后熔渗铜形成铜铬产品，效果是提高材料的分断电流能力和耐电压击穿能力，没有铜基复合3D打印的降成本效果和混粉直接打印的Cr颗粒弥散特性。
[0004]以上两个专利在设计上都对目前现有的铜合金生产方式进行了工艺优化或者成本优化，但是成本降低或者工艺优化效果有限。如专利CN111636061A进行铜板复合熔覆，缩短了加工周期，降低了材料成本，但是机加成本未降低；专利CN109261961A打印Cr骨架后熔渗成产品，降低了加工成本，没有节约材料成本。
[0005]根据以往触头使用正常情况下残余量报废统计：触头的利用率基本在厚度方向上的1/3
‑
1/2，也就是在使用一半左右的时候触头就会因为粘结或者簧片失效报废。这样触头的无效成本太大，如果将剩余未使用部分使用铜片代替，不仅能很大程度节约制造成本，剩余的铜甚至还可以回炉再利用。

技术实现思路

[0006]针对上述存在的问题，本专利技术提供了一种批量式3D打印CuCr复合触头的制备方法，主要包括以下步骤：1）混粉按照50
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90wt/%雾化Cu粉、10
‑
50wt/%Cr粉的质量百分比称取原料，将球磨机用纯度99.9%的氩气反复洗气，将称量好的雾化Cu粉和Cr粉在氩气氛围下装入球磨机中，球料比为1:3
‑
5，然后抽球磨机中真空至0.05
‑
0.1Pa，再充入氢气使球磨机中真空至0.5
‑
0.7MPa，开始球磨，球磨时间2
‑
8h，得到CuCr混合粉；2）板材加工准备基板和黄铜板材，将黄铜板材根据基板尺寸切割成留有1/10
‑
1/8加工余量的单片备用，用黏胶将切割后的黄铜板材固定在基板上；
3）3D打印将步骤2）中固定有黄铜板材的基板用螺栓固定在打印区域，将步骤1）中CuCr混合粉装填至3D打印机中，向3D打印机中持续充入纯度99.9%的氩气作为保护气体进行正压保护，采用SLM 3D打印技术将CuCr混合粉在黄铜板材上打印成复合触头零件；4）余量加工用脱胶剂从基板上将黄铜板材拆下，线切割走刀取下打印好的复合触头零件，机器加工去除打印余量，得到CuCr复合触头；5）热处理将步骤4）中CuCr复合触头用真空气氛炉600
‑
800℃热处理3
‑
6小时。
[0007]优选地，所述雾化Cu粉的粉末粒度为25
‑
55μm，Cr粉的粉末粒度为20
‑
50μm，且雾化Cu粉和Cr粉的粉体球形度均为80
‑
99.9%。
[0008]进一步地，所述雾化铜粉为水雾化铜粉，且水雾化铜粉表面经过抗氧化处理，抗氧化处理的具体步骤为：将苯骈三氮唑以质量比1:5
‑
8溶解于质量浓度为75%的乙醇中得到抗氧化溶液，将密封保存的水雾化铜粉浸入抗氧化溶液中进行表面抗氧化处理，处理时间3
‑
5h，处理后清洗干燥，即得到具有抗氧化表面的水雾化铜粉，对雾化铜粉表面进行抗氧化处理可以避免雾化铜粉在使用过程中氧化，造成CuCr复合触头性能降低。
[0009]进一步地，所述CuCr混合粉粒径为10
‑
55μm，且CuCr混合粉的氧含量≤600ppm、氮含量≤400ppm。
[0010]进一步地，所述黄铜板材切割后需浸泡在铜材脱脂稀释液中以除去表面油脂，清洗后冷风风干，用1000#砂纸打磨黄铜板材表面及边缘至光滑，再固定在基板上，除去黄铜板材表面油脂并打磨可以使CuCr混合粉牢固打印在黄铜板材上。
[0011]优选地，所述黏胶为环氧树脂与乙二胺以质量比100:3
‑
4混合而成。
[0012]进一步地，所述SLM 3D打印技术的具体步骤为：将CuCr复合触头的3D模型数据导入3D打印机中，先在黄铜板材上铺设一层厚度为0.02
‑
0.08mm的CuCr混合粉，然后3D打印机的打印激光器根据CuCr复合触头的3D模型数据在铺设的CuCr混合粉上进行照射，照射区域内的CuCr混合粉在激光照射下熔化并在打印激光器移走后快速冷却凝固，单层打印结束后间隔3
‑
5s，再铺设一层CuCr混合粉，重复上述步骤进行3D打印，得到复合触头零件，这种技术加工的CuCr复合触头因为Cr颗粒细小弥散、硬度较高，具有很好的耐腐蚀性和极好的导热性，还有良好的开端能力，因此可适用于开关装置、变压器等电工材料领域。
[0013]更进一步地，在每次铺粉打印前，对装填至3D打印机的CuCr混合粉进行100
‑
200℃预热，预热时间3
‑
5s，预热可以优化CuCr混合粉导热性能，利于激光照射熔化。
[0014]进一步地，3D打印机的激光光斑直径为0.04
‑
0.06mm，打印功率为200
‑
500W，扫描速度为500
‑
1200mm/s。
[0015]进一步地，持续充入保护气体的进气量为30
‑
50CFM，正压保护可以避免外界杂气进入3D打印机中。
[0016]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种批量式3D打印CuCr复合触头的制备方法，将CuCr混合粉直接打印在黄铜板材表面，符合“无效触头部分用廉价材料代替，节约原材料”的降低成本方式，并且3D打印直接是粉末成型成品，只保留极少的余量机加工，达到了缩短加工周期的效果，可以同时进行多个产品的打印，机械化操作，可复制性强、精度高、
适合批量生产；且制备得到的CuCr复合触头弥散性好、硬度较高，具有极好的导电、导热、耐腐蚀性及易开断等特点，因此可适用于开关装置、变压器等电工材料领域。本专利技术制备得到的CuCr复合触头具有复合界面细密无孔洞、组织晶超细化、加工周期短、可批量生产、成品率高、热处理工艺简单、触头形状可定制等优点。
附图说明
[0017]图1是本专利技术制备CuCr复合触头表面50倍放大图；图2是本专利技术制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种批量式3D打印CuCr复合触头的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：1）混粉按照50
‑
90wt/%雾化Cu粉、10
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50wt/%Cr粉的质量百分比称取原料，将球磨机用纯度99.9%的氩气反复洗气，将称量好的雾化Cu粉和Cr粉在氩气氛围下装入球磨机中，球料比为1:3
‑
5，然后抽球磨机中真空至0.05
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0.1Pa，再充入氢气使球磨机中真空至0.5
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0.7MPa，开始球磨，球磨时间2
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8h，得到CuCr混合粉；2）板材加工准备基板和黄铜板材，将黄铜板材根据基板尺寸切割成留有1/10
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1/8加工余量的单片备用，用黏胶将切割后的黄铜板材固定在基板上；3）3D打印将步骤2）中固定有黄铜板材的基板用螺栓固定在打印区域，将步骤1）中CuCr混合粉装填至3D打印机中，向3D打印机中持续充入纯度99.9%的氩气作为保护气体进行正压保护，采用SLM 3D打印技术将CuCr混合粉在黄铜板材上打印成复合触头零件；4）余量加工用脱胶剂从基板上将黄铜板材拆下，线切割走刀取下打印好的复合触头零件，机器加工去除打印余量，得到CuCr复合触头；5）热处理将步骤4）中CuCr复合触头用真空气氛炉600
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800℃热处理3
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6小时。2.根据权利要求1所述的一种批量式3D打印CuCr复合触头的制备方法，其特征在于，所述雾化Cu粉的粉末粒度为25
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55μm，Cr粉的粉末粒度为20
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50μm，且雾化Cu粉和Cr粉的粉体球形度均为80
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99.9%。3.根据权利要求1所述的一种批量式3D打印CuCr复合触头的制备方法，其特征在于，所述雾化铜粉为水雾化铜粉，且水雾化铜粉表面经过抗氧化处理，抗氧化处理的具体步骤为：将苯骈三氮唑以质量比1:5
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8溶解于质量浓度为75%的乙醇中得到抗氧化溶液，将密封保存的水雾化铜粉浸入抗氧化溶液中进行表面抗氧化处理，水雾化铜粉与苯骈三氮唑质量比为1:3
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【专利技术属性】
技术研发人员：王文斌，姚培建，刘凯，王小军，张石松，李鹏，武旭红，师晓云，屈晓鹏，
申请(专利权)人：陕西斯瑞新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：