[发明专利]稀土增强的激光增材制造用CuZnAl微纳粉芯丝材及其制备方法

说明书

一种稀土增强的激光增材制造用CuZnAl微纳粉芯丝材及其制备方法，其特征是该粉芯丝材由质量占整个粉芯丝材28%~30%的且成分为锌和铝的微米粉与质量占整个粉芯丝材2%~4%的稀土纳米粉构成的稀土增强微纳粉芯和质量占整个粉芯丝材66%~70%的铜皮组成，各组分之和为100%，其制备方法主要包括微纳粉制备、外皮成形及填粉、合口与拉拔成丝。采用本发明所述的CuZnAl微纳粉芯丝材作为激光增材制造用材，具有形状记忆功能损失小、成形精度高等特点，而且避免了目前以粉末作为增材制造材料存在的粉末利用率低等问题，同时也解决了以实心丝材作为增材制造用材所需激光能量较高更易引起功能损失等问题。

技术领域

本发明属于激光增材制造技术领域，尤其是一种激光增材制造用材料及其制备方法，具体地说是一种稀土增强的激光增材制造用CuZnAl微纳粉芯丝材及其制备方法。

背景技术

激光增材制造技术，是指以激光作为能量源且基于离散-堆积原理并由零件三维数据驱动直接制造零件的一种先进制造技术。然而，激光增材制造用材料的研发目前尚处于初级阶段，能够使用的材料种类相对较少，极大地限制了这一先进制造技术的广泛应用。

CuZnAl合金是上世纪七十年代兴起的一种新型功能记忆型材料。与Ni-Ti合金相比，其不仅成本低而且记忆的温度范围宽，从而引起了人们的积极关注。如果能够将CuZnAl合金应用到激光增材制造技术领域，可更好地解决一些传统制造技术不易实现的难题。然而，无论是将CuZnAl合金以单质粉体直接混合或是混合后进行机械合金化，还是将CuZnAl合金粉碎制成合金粉，乃至于将CuZnAl合金拉拔制成合金丝，在激光增材制造过程中由于激光能量密度极高，其中的低沸点元素如CuZnAl合金中的Zn等都极易烧损；同时，激光增材制造过程中不可避免地存在着堆积后一层材料势必会部分重熔前一层材料的具体现实，造成重熔结晶的CuZnAl合金晶粒粗大等问题，也会增大形状记忆功能损失。综上可见，CuZnAl合金激光增材制造过程中，如何降低其形状记忆功能损失是需要面对的核心关键问题。

粉芯丝材是一种用金属带材包裹填充粉末并拉拔成一定直径的可用于激光增材制造的新型材料，其不仅避免了使用粉材激光增材制造时所存在的材料利用率低等缺点，也避免了使用实心丝材激光增材制造时所需激光能量较高等不足，而且通过优化其中粉芯的成分及结构等还可以对激光增材制造制件的形性进行调控，是一类极具发展潜力和前景的激光增材制造用材。如果以CuZnAl合金中的高沸点Cu作为外皮、Zn和Al作为粉芯制成CuZnAl粉芯丝材，借助高沸点Cu皮的保护作用可望解决其中低沸点元素的烧损问题；若进一步在其中引入可强化母材、降低层错能等增强形状记忆功能的措施如在粉芯中添加纳米颗粒等，则可望突破CuZnAl合金激光增材制造过程中形状记忆功能损失大等难题。纳米稀土颗粒，就是一种具有这样功能的改性粉体。如果在粉芯中添加少量纳米稀土颗粒，不仅可以发挥纳米材料的纳米效应，而且还可发挥稀土元素净化熔池、钉扎强化等作用，进而可望获得一种功能低损型CuZnAl合金的激光增材制造用新型材料。

然而，据申请人所知，目前尚未有一种稀土增强的激光增材制造用CuZnAl微纳粉芯丝材及其制备方法可供使用。

发明内容

本发明的目的是针对CuZnAl合金激光增材制造过程中易产生较为严重的形状记忆功能损失的问题，发明一种稀土增强的激光增材制造用CuZnAl微纳粉芯丝材及其制备方法。

本发明的技术方案之一是：

一种稀土增强的激光增材制造用CuZnAl微纳粉芯丝材，其特征是它主要由稀土增强微纳粉芯和包裹用的铜皮组成，所述的稀土增强微纳粉芯主要由微米粉和稀土纳米粉组成，所述的微米粉主要由微米锌粉和微米铝粉组成，微米粉的质量占整个微纳粉芯丝材的28%~30%，所述的稀土纳米粉的质量占整个微纳粉芯丝材的2%~4%，所述的铜皮的质量占整个微纳粉芯丝材的66%~70%，各组分之和为100%。