基于激光增材制造技术连接CuCrZr/W异种互不固溶合金的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于激光增材制造技术连接CuCrZr/W异种互不固溶合金的方法，步骤S1，使用激光增材制造技术制备W合金、CuCrZr合金中的一种合金；步骤S2，对所述步骤S1中所制备的合金表面做激光重熔或低体能量密度激光处理；步骤S3，以步骤S1制备的合金作为底部材料，在经步骤S2处理后的合金表面上，利用激光增材制造技术制备W合金、CuCrZr合金中的另一种合金，从而形成CuCrZr/W连接件。本发明专利技术能够基于激光增材制造的优势制备出具有复杂结构，高界面质量和组织均匀的CuCrZr/W连接件，使CuCrZr/W界面力学性能高于基体材料的力学性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
基于激光增材制造技术连接CuCrZr/W异种互不固溶合金的方法


[0001]本专利技术属于金属材料
，特别涉及一种基于激光增材制造技术连接CuCrZr/W异种互不固溶合金的方法。

技术介绍

[0002]近年来，直接由3D模型数据作为支撑的激光增材制造技术正迅速发展成为多种行业中潜在的生产方法。激光增材制造技术是采用激光束直接作用于金属粉末或者金属丝并使其熔化，然后以超快的冷却速率(103‑
10
8 K/s)冷却以形成具有特定结构的成形件，是一种近终形的制造。因此，该技术具有显着的优势而具有广泛的应用，例如提供复杂的几何形状和近乎不需要后续的减材工艺。
[0003]钨因为具有高熔点、低溅射、不与氢反应以及极低的氢滞留率等理想特性而成为聚变试验反应堆中面向等离子体材料的候选材料。CuCrZr合金由于具有多种优势，包括高导热性、出色的焊接性能和相对较高的强度，已被选作等离子组件（PFCs）的散热器材料。与制备CuCrZr/316L连接件不同的是，钨和CuCrZr合金的物理性质差异很大，尤其是体现在二者的熔点差值、热膨胀系数、强度、硬度和弹性模量上。因此，钨和CuCrZr合金连接的局限在于二者之间存在较大的热膨胀失配和较强的连接界面应力。传统连接金属钨与铜材料的手段包括化学气相沉积法，等离子喷涂，粉末冶金烧结法，爆炸焊和钎焊等。如申请公布号CN112359391A的中国专利技术专利公告文本中提出的采用阳极氧化，还原退火，电镀，还原，施压还原连接等多步骤来连接odsW和CuCrZr合金，该所提出的方法步骤繁琐，涉及的反应物过多，制备成本高，不适合工业大规模生产。申请公布号CN109175382A的中国专利技术专利公告文本中提出的预处理，钨块表面骨架层的涂抹，骨架层的烧结，气氛保护的熔浸连接等步骤来制备CuCrZr和W的连接件，可以发现该专利技术所制备的连接件存在CuCrZr和W骨架区的结构，并不是CuCrZr和W直接连接。且该所提出的方法步骤繁琐，涉及的反应物存在石蜡高分子化合物等容易引入杂质，且高达1400℃烧结温度存在操作危险和过于消耗能源。申请公布号CN106735668A的中国专利技术专利公告文本中提出的基于钎焊方法来连接W/CuCrZr穿管模块。形成的结构为CuCrZr合金管、钎焊层、纯铜层和钨块，并不是钨和CuCrZr合金的直接连接。可以看出该专利技术方法制备出的结构为管件，受制于结构影响而无法制备出其他结构的连接件，且存在钎焊层结构。钎焊中钎料与金属钨之间仍为机械结合，需要控制焊缝宽度和施加的压力以提高界面强度。申请公布号CN106270533A的中国专利技术专利公告文本中提出的基于粉末冶金原理的熔渗烧结方法来烧结CuW合金，CuCr合金和CuCrZr合金坯体从而CuW/CuCr的整体材料，这并不是W和CuCrZr合金的直接连接，且该专利技术工序多，且存在材料的后续热处理，涉及反应物多，制备成本高，不适合工业大规模生产，只能用于钨/铜颗粒复合材料的制备。申请公布号CN104607878A的中国专利技术专利公告文本中制备W/Cu/CuCrZr复合构件涉及的步骤为工件处理、组装、封焊以及热等静压处理。该专利技术存在结构限制，仅适用于管材且需要对待接触面进行焊接。因此该专利技术适用范围窄，工艺复杂。申请公布号
CN102922815A的中国专利技术专利公告文本中制备平板层状CuCrZr/OFHC
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Cu/CVD
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W面向等离子体部件。该专利技术所采用的是化学气相沉积法（CVD）来沉积钨。因此，该方法制备成本高，沉积速度较慢，获得的涂层厚度有限，只适用于制备中、低热通量的PFCs。此外，等离子喷涂工艺复杂，需要严格控制制备过程中的热应力以及涂层中的孔隙率、氧含量。粉末冶金烧结法只能用于钨/铜颗粒复合材料的制备，不适用于对于层状、棒状材料的复合/连接。爆炸焊极易引起钨开裂。因此，需开发新的制备手段来克服传统制备所存在的局限性。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，专利技术提供了一种基于激光增材制造技术连接CuCrZr/W异种互不固溶合金的方法，能够基于激光增材制造的优势制备出具有复杂结构，高界面质量和组织均匀的CuCrZr/W连接件。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供了一种基于激光增材制造技术连接CuCrZr/W异种互不固溶合金的方法，所述方法包括如下步骤：步骤S1，使用激光增材制造技术制备W合金、CuCrZr合金中的一种合金（第一种合金）；步骤S2，对步骤S1中所制备的合金表面做激光重熔或低体能量密度激光处理；W合金激光重熔的体能量密度范围为300
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1000J/mm3, 重熔次数为2
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10次，W合金激光重熔策略为平面或棋盘或条形；CuCrZr合金激光重熔的体能量密度范围为200
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1000 J/mm3, 重熔次数为2
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10次，CuCrZr合金激光重熔策略为平面或棋盘或条形；低体能量密度激光处理W金属表面的低体能量密度激光的密度为10
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100 J/mm3，处理策略为平面或棋盘或条形；低体能量密度激光处理CuCrZr金属表面的低体能量密度激光的密度为10
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100J/mm3，处理策略为平面或棋盘或条形；步骤S3，在经步骤S2处理后的合金表面上，利用激光增材制造技术制备W合金、CuCrZr合金中的另一种合金（第二种合金），从而形成CuCrZr/W连接件，所述CuCrZr/W连接件的CuCrZr/W界面处没有形成元素的混合区。
[0006]作为优选，步骤S1和步骤S3中的所述激光增材制造技术为送粉类激光增材制造技术。
[0007]作为优选，所述送粉类激光增材制造技术为选区激光熔化技术。
[0008]作为优选，选区激光熔化技术制备W合金时，采用的激光体能量密度范围为600
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1000J/mm3，打印策略为平面或棋盘或条形；选区激光熔化技术制备CuCrZr合金时，采用的激光体能量密度范围为400
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1000J/mm3，打印策略为平面或棋盘或条形。
[0009]作为优选，步骤S3中，当利用激光增材制造技术制备W合金、CuCrZr合金中的另一种合金的激光体能量密度为800
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1000J/mm3时，CuCrZr/W界面处会形成一层第一种合金的重熔区，所述重熔区的晶粒尺寸小于W合金、CuCrZr合金的晶粒尺寸。作为优选，所述CuCrZr/W界面处没有形成新的合金。
[0010]本专利技术具有如下有益效果：本专利技术所提供的基于激光增材制造技术连接CuCrZr/W异种互不固溶合金的方法，基于增材制造的优势，本专利技术在保证CuCrZr/W连接件界面质量的情况下可通过调控W或者
CuCrZr的打印策略和体能量密度来调控W或者CuCrZr的微观组织和力学性能来增强CuCrZr/W连接件的性能；通过采用激光重熔或低体能量密度激光来处理底部材料的表面从而调控CuCrZr/W连接件的界面质量和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光增材制造技术连接CuCrZr/W异种互不固溶合金的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤S1，使用激光增材制造技术制备W合金、CuCrZr合金中的一种合金；步骤S2，对步骤S1中所制备的合金表面做激光重熔或低体能量密度激光处理；W合金激光重熔的体能量密度范围为300
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1000J/mm3, 重熔次数为2
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10次，W合金激光重熔策略为平面或棋盘或条形；CuCrZr合金激光重熔的体能量密度范围为200
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1000 J/mm3, 重熔次数为2
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10次，CuCrZr合金激光重熔策略为平面或棋盘或条形；低体能量密度激光处理W金属表面的低体能量密度激光的密度为10
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100 J/mm3，处理策略为平面或棋盘或条形；低体能量密度激光处理CuCrZr金属表面的低体能量密度激光的密度为10
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100J/mm3，处理策略为平面或棋盘或条形；步骤S3，在经步骤S2处理后的合金表面上，利用激光增材制造技术制备W合金、CuCrZr合金中的另一种合金，从而形成CuCrZr/W连接件，所述CuCrZr/W连接件的CuCrZr/W界面处没有形成元素的混合区。2.根据权利要求1所述的基于激光增材制造技术连接Cu...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宗青，胡章平，刘永长，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：