【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料制备领域，具体涉及一种内含骨架的不锈钢有色金属复合棒材及制备方法。
技术介绍
1、有色金属是国民经济发展的基础材料，航空、航天、汽车、机械制造、电力、通讯、建筑、家电等绝大部分行业都以有色金属材料为生产基础。随着现代化工、农业和科学技术的突飞猛进，有色金属在人类发展中的地位愈来愈重要。它不仅是世界上重要的战略物资，重要的生产资料，而且也是人类生活中不可缺少的消费资料的重要材料。实际生产生活中较为常见的有色金属有铜合金、铜合金、镁合金等，其中铜及铜合金是当前用途十分广泛的、最经济适用的材料之一。铜合金具有较好的导电、导热性能，中等的力学性能和较高的化学稳定性，切削性能较差。随着添加合金元素的种类不同和数量多寡，各种铜合金的性能有较大的差异。
2、工业纯铜是应用最为广泛的一类铜合金，纯铜是含铜量最高的铜，因为颜色紫红又称紫铜，主成分为铜加银，含量为99.5～99.95％。纯铜导电性很好，大量用于制造电线、电缆、电刷等。但是铜合金的强度以及硬度通常较差，抗腐蚀性相较于不锈钢较差，所以铜合金相较于不锈钢更易发生失效行为。由工业纯铜制造的铜导线常见的失效模式包括腐蚀、断裂和疲劳断裂。铜导线可能会因为环境因素如水质问题、化学物质接触等而导致腐蚀。此外，如果铜导线表面没有适当的保护，也容易受到环境中的化学物质侵蚀，导致导线性能下降或损坏。目前最常见的对铜导线的保护方式是在导线表面包裹绝缘橡胶蒙皮，但是橡胶外皮通常存在易划伤，易老化等缺点，一旦橡胶外皮被划伤、老化开裂，会导致铜导线直接暴露在外部环境，发生腐蚀行为。
3、机械性能方面，316l不锈钢的抗拉强度通常在485mpa至620mpa之间，。屈服强度通常在170mpa至310mpa之间，延伸率通常在35％至60％之间，表现出良好的塑性。工业纯铜的抗拉强度一般在200mpa左右，屈服强度一般在100-150mpa之间。工业纯铜的延伸率一般在30％以上。综合比较，316l不锈钢的综合机械性能优于工业纯铜。在抗腐蚀性方面，铜是一种优良的导电金属，因此广泛用于电子电器、建筑和工业行业中。但是，铜的抗腐蚀性比较弱，容易在潮湿、酸性或碱性环境中被氧化腐蚀。不锈钢是一种耐腐蚀的材料，它可以在潮湿、酸性、碱性甚至是高温高压的环境下保持其表面的光亮和无锈蚀痕迹。不锈钢的耐腐蚀性能与其成分和表面处理方式有关。由于其中掺杂了铬、镍等元素，使其具有了较强的耐腐蚀性。不锈钢比铜更具有耐腐蚀性，适用于各种环境下的设备制造和建筑用材。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种内含骨架结构的不锈钢有色金属复合棒材与制备方法。本专利技术将3d打印技术、铸造技术和旋转锻造技术相结合，通过3d打印使316l不锈钢形成多重骨架结构，可以改善常见有色金属合金棒材硬度、强度不足的缺陷。并且外层316l不锈钢可以对内部铜合金基体起到保护作用，获得了一种内含骨架结构的不锈钢有色金属复合棒材。
2、实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种内含骨架的不锈钢有色金属复合棒材的制备方法，包括如下步骤：
3、步骤(1)：原料准备；
4、步骤(2)：建立不锈钢骨架三维模型；
5、步骤(3)：根据步骤(2)建立的模型、采用选区激光熔化slm进行3d打印，成型不锈钢骨架；
6、步骤(4)：将工业纯铜熔化；
7、步骤(5)：将不锈钢骨架加热到高于纯铜熔点20-40℃，将步骤(4)得到的铜液浇入不锈钢骨架中，进行浇铸，得到初始棒材；
8、步骤(6)：将初始棒材加热保温后进行旋转锻造，得到不锈钢铜复合棒材。
9、进一步的，步骤(1)准备的原料为316l不锈钢原料粉末和工业纯铜，其中316l不锈钢原料粉末成分为cr 16.4-ni 11.3-mo 2.6-mn 0.2-si 0.74-p 0.013-fe bal wt％，粉末颗粒尺寸在15～53μm。
10、进一步的，步骤(2)建立的不锈钢骨架三维模型具体为：骨架整体呈圆柱形，包括最外层的筒形壳体、内部的三层蜂窝支撑结构以及设置在相邻层蜂窝支撑结构之间的筒形结构，相邻蜂窝支撑结构之间的筒形结构镂空设置，蜂窝支撑结构的密度从外到内梯度减小。
11、进一步的，步骤(2)中最外层蜂窝支撑结构每个六边形支撑单元边长为2±0.2mm，次外层蜂窝支撑结构每个六边形支撑单元边长为5±0.5mm，心部蜂窝支撑结构每个六边形支撑单元边长为10±1mm。
12、进一步的，步骤(3)中3d打印的具体工艺参数为：在190～220w功率连续激光模式下进行，扫描间距为60-70μm，扫描速度为1000～1200mm/s，铺粉厚度均为25-30μm；扫描策略采用层与层之间旋转67°。
13、进一步的，步骤(5)浇铸具体为：将打印好的不锈钢骨架放入坩埚中，连同骨架和坩埚一起放入井式炉中，炉温设置为基体有色合金的熔点温度以上20-40℃，使铜熔液可以进入每一个六边形蜂窝支撑单元；
14、选择铸造浇口杯，将铜液倒入铸造浇口杯中，铜液通过铸造浇口杯进入不锈钢骨架内进行铸造，最终得到了内含骨架结构的不锈钢铜复合棒材。
15、进一步的，步骤(6)旋转锻造具体为：将初始棒材加热到铜熔点的80±2％、保温10±2min后进行旋转锻造，旋转锻造得变形量控制在85±2％。
16、一种内含骨架结构的不锈钢铜复合棒材，采用上述的方法制备。
17、进一步的，采用铜合金、铝合金、镁合金、铝或者镁代替铜。
18、一种内含骨架结构的不锈钢有色金属复合棒材，采用上述的方法制备。
19、本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：
20、(1)本专利技术采用成熟发展的3d打印工艺(选区激光熔化，slm)，可以不借助机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，突破传统生产技术的限制，极大地缩短产品的研制周期，更重要的是满足了人们对于产品设计的多种想象，可以更直观高效地设计出复杂或具有创造性的产品。
21、(2)本专利技术巧妙地结合了仿生结构，使用316l不锈钢构建骨架，将不锈钢外壳与内支撑骨架结构相结合，可以更好的提高有色金属棒材的强度和硬度。
22、(3)加工工艺简单，投资少，安全系数高，生产效率高。
23、(4)使用现在广泛应用的3d打印处理方法即可制备骨架结构，并且后续使用了传统的铸造技术，技术非常成熟，无需建立额外的生产线，可以灵活更换有色金属材料和骨架材本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种内含骨架的不锈钢有色金属复合棒材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)准备的原料为316L不锈钢原料粉末和工业纯铜，其中316L不锈钢原料粉末成分为Cr 16.4-Ni11.3-Mo 2.6-Mn 0.2-Si0.74-P 0.013-Fe Bal wt％，粉末颗粒尺寸在15～53μm。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)建立的不锈钢骨架三维模型具体为：骨架整体呈圆柱形，包括最外层的筒形壳体、内部的三层蜂窝支撑结构以及设置在相邻层蜂窝支撑结构之间的筒形结构，相邻蜂窝支撑结构之间的筒形结构镂空设置，蜂窝支撑结构的密度从外到内梯度减小。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中最外层蜂窝支撑结构每个六边形支撑单元边长为2±0.2mm，次外层蜂窝支撑结构每个六边形支撑单元边长为5±0.5mm，心部蜂窝支撑结构每个六边形支撑单元边长为10±1mm。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(3)中3D打印的具体工艺参数为：在190～220W功
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(5)浇铸具体为：将打印好的不锈钢骨架放入坩埚中，连同骨架和坩埚一起放入井式炉中，炉温设置为基体有色合金的熔点温度以上20-40℃，使铜熔液可以进入每一个六边形蜂窝支撑单元；
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(6)旋转锻造具体为：将初始棒材加热到铜熔点的80±2％、保温10±2min后进行旋转锻造，旋转锻造得变形量控制在85±2％。
8.一种内含骨架结构的不锈钢铜复合棒材，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的方法制备。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用铜合金、铝合金、镁合金、铝或者镁代替铜。
10.一种内含骨架结构的不锈钢有色金属复合棒材，其特征在于，采用权利要求9所述的方法制备。
...【技术特征摘要】
1.一种内含骨架的不锈钢有色金属复合棒材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)准备的原料为316l不锈钢原料粉末和工业纯铜，其中316l不锈钢原料粉末成分为cr 16.4-ni11.3-mo 2.6-mn 0.2-si0.74-p 0.013-fe bal wt％，粉末颗粒尺寸在15～53μm。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)建立的不锈钢骨架三维模型具体为：骨架整体呈圆柱形，包括最外层的筒形壳体、内部的三层蜂窝支撑结构以及设置在相邻层蜂窝支撑结构之间的筒形结构，相邻蜂窝支撑结构之间的筒形结构镂空设置，蜂窝支撑结构的密度从外到内梯度减小。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中最外层蜂窝支撑结构每个六边形支撑单元边长为2±0.2mm，次外层蜂窝支撑结构每个六边形支撑单元边长为5±0.5mm，心部蜂窝支撑结构每个六边形支撑单元边长为10±1mm。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹阳，刘润昌，赵永好，刘艳芳，潘婷，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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