一种具有纳米级铬相高导铜铬锆零件的快速制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有纳米级铬相高导铜铬锆零件的快速制备方法，包括以下步骤：S1、原材料选取：选取CuCrZr线材作为电弧打印的基线材，CuCrZr线材的直径为1.1～1.2mm，CuCrZr线材中Cr的质量成分占比为0.5～3wt％，Zr的质量成分占比为0.1～0.8wt％，余量为Cu；S2、电弧打印准备；S3、电弧打印；S4、后处理。本发明专利技术将铜铬锆线材与电弧打印工艺相结合，经过对电弧打印的参数进行优化调整，以及选用适当成分的CuCrZr线材，最终得出了基于等离子焊电弧打印具有纳米级铬相高导铜铬锆零件的快速制备方法，是电弧打印工艺在铜及铜合金领域的应用首创，为今后电弧打印工艺在铜及铜合金领域的发展具有指导意义。展具有指导意义。展具有指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种具有纳米级铬相高导铜铬锆零件的快速制备方法


[0001]本专利技术涉及铜合金制备
，具体是涉及一种具有纳米级铬相高导铜铬锆零件的快速制备方法。

技术介绍

[0002]铜和铜合金具有优良的导电性，导热性和高强度，被广泛用作电子工业中的功能材料。铜铬锆合金是一种沉淀硬化型合金，具有良好的机械性能和较高的导热性，被作为近代开发高导高强材料中的重点研究对象。
[0003]然而目前应用的铜铬锆合金的加工方式还较为传统，一般采用熔炼+锻造/熔炼+挤压+轧制的方法，这对产品晶粒的细化程度有很大的局限，所以生产的零件无法同时满足高导高强的特性要求；因此一般都只能以牺牲一种特性为代价，来获取另一种特性的提升，例如通过热处理降低零件强度来提高产品电导率。另外常见的金属激光打印和金属激光熔覆虽然满足了晶粒细化的要求，但是因为铜对激光的反射非常高，导致铜及铜合金零件内部很容易存在气孔，在获得高强度零件的同时，零件的电导率被降得很低。
[0004]以触头的生产加工为例，中低压触头的生产加工技术已经趋近成熟，但是对于高压和超高压领域需要的高温高压环境下保持更高导电和强度的材料却大多停留在理论研究，目前纯铁、铜铁合金、铜铬锆以及铜石墨烯合金材料都是有望成为高压及超高压领域的主用材料，但是却一直没能研究或加工出能够使得材料在高温下保持高导电高强度的方法。
[0005]随着不锈钢、钛合金、铝合金等材料在3D打印领域的应用成功，激光熔覆、激光熔融、激光熔化、光固化、喷胶打印等一系列打印技术全部被用于尝试新材料的加工。铜铬锆合金也被尝试使用激光打印的方式进行加工，可以完成复杂件成型并提高零件强度，但是电导率却随之降低，之后又进行一系列热处理，还是无法达到理想的高导电高强度要求。
[0006]专利CN112958785A公开了一种3D打印铜铝复合材料及其制备方法，主要讲述使用不同粉末分阶段成型得到复合零件的方法，使用设备原理为选区激光熔化、使用原材料为粉末；得到的零件高温下仍能保持很好的电导率，但是依然无法满足40Ms/m以上的要求；
[0007]专利CN110753592A公开了一种通过选择性激光烧结产生含铜部件的方法，该专利是将铜铬粉末激光烧结后进行热处理，达到提高电导率和去除氧化皮目的；然而提高的电导率依旧有限，另外硬度还随之降低；
[0008]以上两个专利分别使用了增材制造中选区激光熔化和选区激光烧结的方法，通过低功率打印在不同高度改变原材料的方式得到复合零件或者毛坯，热处理以后得到复合界面良好、电导率优异的铜合金零件；但是因为细化晶粒效果最多停留在微米级，导致电导率提升有限，不能满足高精尖端子高导电和高强度的需求。

技术实现思路

[0009]针对上述存在的问题，本专利技术提供了一种具有纳米级铬相高导铜铬锆零件的快速
制备方法。
[0010]本专利技术的技术方案是：
[0011]一种具有纳米级铬相高导铜铬锆零件的快速制备方法，包括以下步骤：
[0012]S1、原材料选取：选取紫铜圆锭切片作为电弧打印的基板，紫铜圆锭切片的厚度为15～50mm，选取CuCrZr线材作为电弧打印的基线材，CuCrZr线材的直径为1.1～1.2mm，CuCrZr线材中Cr的质量成分占比为0.5～3wt％，Zr的质量成分占比为0.1～0.8wt％，余量为Cu；
[0013]S2、电弧打印准备：将CuCrZr线材缠绕在绕线盘上，将绕线盘装载在送丝机内，调整送丝机的送丝口与电弧枪保持垂直后，将需要电弧打印的工件图形导入到控制面板中开始进行电弧打印；
[0014]S3、电弧打印：对电弧枪的枪口处加装密封舱，在密封舱内通入惰性气体进行正压保护，随后控制送丝机的送丝速度为1～3m/min，控制电弧枪的电弧功率为2000～4000W，电弧枪的单层打印厚度为0.8～1.2mm，电弧枪的打印效率为300
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600g/h，电弧打印结束后得到粗加工工件；
[0015]S4、后处理：将步骤S3中得到的粗加工工件按照所需尺寸进行切片，随后经过表面处理后得到具有纳米级铬相高导的铜铬锆零件。
[0016]进一步地，所述铜铬锆零件为环状零件，铜铬锆零件的直径尺寸为1～2m。对于该尺寸及外形的零件使用传统减材方式材料利用率低，使用本专利技术的方法能够降本增效，具有较好的经济效益。
[0017]进一步地，所述步骤S1中CuCrZr线材的制备方法为：将铜板放入熔化炉中升温至1200～1250℃，直至铜板熔化，随后向熔化炉中添加Cu
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Cr中间合金和Cu
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Zr中间合金，保温30min，开始进行上引连铸，将上引连铸引出的合金线杆进行热轧处理，得到直径为12～15mm的合金棒材，将合金棒材放入固溶热处理容器中，在真空条件下固溶热处理2h，随后将固溶热处理后的合金棒材进行冷轧处理，得到直径为5～8mm的合金棒材，随后将合金棒材进行冷拉拔处理，冷拉拔速度为10～15mm/min，得到直径为2～3mm的合金线材，将合金线材放入扒皮设备中进行扒皮处理，将扒皮处理后的合金线材进行时效热处理，时效热处理的温度为700℃，处理时间为8h，随后以50℃/h的降温速度降温至600℃保温8h，随后将时效热处理后的合金线材再次进行冷拉拔处理，得到CuCrZr线材。通过对CuCrZr线材的制备方法优化完善，能够使该CuCrZr线材适配到电弧打印工艺中，提高打印时的精度，减少气孔的生成。
[0018]进一步地，所述上引连铸过程中引出的合金线杆的直径为20mm，引出速度为0.25m/min。通过上引连铸引出的合金线杆连续性强。
[0019]进一步地，所述固溶热处理的温度为800～1000℃。
[0020]进一步地，所述步骤S3中惰性气体为高纯氩气，所述高纯氩气的纯度＞99.7％。通过惰性气体氩气进行抗氧化保护。
[0021]进一步地，所述步骤S3中所述密封舱设有大流量进气孔和小流量出气孔，由所述大流量进气孔内通入惰性气体的流量为25～30L/min，由所述小流量出气孔内排出惰性气体的流量为5～10L/min。通高纯氩气正压保护进行电弧打印不仅能保护打印过程零件不被氧化，而且还能辅助零件快速冷却，更利于铜合金的打印和铬颗粒细化。
[0022]进一步地，所述步骤S3中电弧打印的熔化方式为等离子焊。等离子焊能够有效避免出现气孔。
[0023]进一步地，所述步骤S4中切片的方式为线切割。通过简单的线切割加工后即可获得成品，无需再进行热处理。
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025](1)本专利技术的铜铬锆零件的快速制备方法将铜铬锆线材与电弧打印工艺相结合，经过对电弧打印的参数进行优化调整，以及选用适当成分的CuCrZr线材，最终得出了基于等离子焊电弧打印具有纳米级铬相高导铜铬锆零件的快速制备方法，是电弧打印工艺在铜及铜合金领域的应用首创，为今后电弧打印工艺在铜及铜合金领域的发展具有指导意义。
[0026](2)本专利技术的铜铬锆零本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有纳米级铬相高导铜铬锆零件的快速制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、原材料选取：选取紫铜圆锭切片作为电弧打印的基板，紫铜圆锭切片的厚度为15～50mm，选取CuCrZr线材作为电弧打印的基线材，CuCrZr线材的直径为1.1～1.2mm，CuCrZr线材中Cr的质量成分占比为0.5～3wt％，Zr的质量成分占比为0.1～0.8wt％，余量为Cu；S2、电弧打印准备：将CuCrZr线材缠绕在绕线盘上，将绕线盘装载在送丝机内，调整送丝机的送丝口与电弧枪保持垂直后，将需要电弧打印的工件图形导入到控制面板中开始进行电弧打印；S3、电弧打印：对电弧枪的枪口处加装密封舱，在密封舱内通入惰性气体进行正压保护，随后控制送丝机的送丝速度为1～3m/min，控制电弧枪的电弧功率为2000～4000W，电弧枪的单层打印厚度为0.8～1.2mm，电弧枪的打印效率为300
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600g/h，电弧打印结束后得到粗加工工件；S4、后处理：将步骤S3中得到的粗加工工件按照所需尺寸进行切片，随后经过表面处理后得到具有纳米级铬相高导的铜铬锆零件。2.根据权利要求1所述的一种具有纳米级铬相高导铜铬锆零件的快速制备方法，其特征在于，所述铜铬锆零件为环状零件，铜铬锆零件的直径尺寸为1～2m。3.根据权利要求1所述的一种具有纳米级铬相高导铜铬锆零件的快速制备方法，其特征在于，所述步骤S1中CuCrZr线材的制备方法为：将铜板放入熔化炉中升温至1200～1250℃，直至铜板熔化，随后向熔化炉中添加Cu
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Cr中间合金和Cu
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Zr中间合金，保温30min，开始进行上引连铸，将上引连铸引出的合金线杆进行热轧处...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚培建，周宁，王文斌，周兴，张石松，武旭红，杨瑞，蒋彤，吴斌，
申请(专利权)人：陕西斯瑞铜合金创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：