[发明专利]一种应用于连铸结晶器的增材制造结构及增材制造方法和装置

权利要求书

1.一种应用于连铸结晶器铜质母材的铜合金及铜基复合材料增材制造结构；其特征是在连铸结晶器铜质母材表面设置一层铜合金或铜基复合材料增材层；所设置的铜合金层或者铜基复合材料增材层的厚度在10μm-30mm。

2.一种应用于连铸结晶器铜质母材的铜合金及铜基复合材料增材制造结构的制造方法，其特征是：

对于废旧铜质连铸结晶器，采用机加工的方法去除连铸结晶器表面磨损失效的耐磨层，恢复结晶器铜质母材表面的平整结构；采用增材制造的方法在连铸结晶器铜质母材的平整表面制造出铜合金或者铜基复合材料增材层，使连铸结晶器铜质母材的尺寸达到设计尺寸；

对于连铸结晶器新品，在制造连铸结晶器新品时，在连铸结晶器铜质母材的与熔融态金属相面对一侧的表面预留出用于增材制造的厚度，之后采用增材制造的方法在该表面制造出铜合金或者铜基复合材料增材层，使连铸结晶器铜质母材的尺寸达到设计尺寸。

3.如权利要求2所述的方法，其特征是：

对于废旧铜质连铸结晶器进行增材制造的具体操作步骤包括：1)采用机加工的方法彻底去除连铸结晶器表面磨损失效的耐磨层，恢复连铸结晶器铜质母材表面的平整结构；2)将连铸结晶器无需进行增材制造的区域进行绝缘处理；3)去除连铸结晶器表面需进行增材制造区域的油污、氧化物及其它附着物；4)将连铸结晶器放置在容器中，在连铸结晶器的需要进行增材制造的表面的相对面处放置与连铸结晶器形状相匹配但不相接触的铜或者铜合金板或者柱体；5)在连铸结晶器需进行增材制造的表面及与其相面对的铜或者铜合金板或者柱体之间有流动的水溶液；6)用导线或导电板将连铸结晶器与电源负极输出端相连接，实现其间的电导通；再用另一根导线或导电板将与连铸结晶器相面对的铜或者铜合金板或者柱体与电源正极输出端相连接实现其间的电导通；7)启动电源，在连铸结晶器需进行增材制造的表面及与其相面对的铜或者铜合金板或者柱体之间的水溶液中形成电场，水溶液中的金属离子或者金属离子和硬质粉体在电场作用下不断沉积到连铸晶器需进行增材制造的表面，最终制造出需要厚度的铜合金或者铜基复合材料增材层，完成连铸结晶器表面铜合金或者铜基复合材料的增材制造过程；8)关闭电源，取出连铸结晶器，清洗掉连铸结晶器表面的残余溶液，去除覆盖在连铸结晶器表面的绝缘材料层；9)采用机械加工的方法，将增材制造后的连铸结晶器表面加工到设计尺寸及光洁度；

对连铸结晶器新品铜质母材进行增材制造的具体操作步骤包括：1)在采用非增材制造方法制造的连铸结晶器新品铜质母材的与熔融态金属相面对一侧的表面预留出用于增材制造的厚度；步骤2)—9)与上述废旧铜质连铸结晶器进行增材制造的具体操作步骤相同。

4.如权利要求3所述的方法，其特征是用于连铸结晶器铜质母材增材制造的铜合金是Cu-Zn合金或者Cu-Ni合金或者Cu-Sn合金。

5.如权利要求3所述的方法，其特征是用于连铸结晶器铜质母材增材制造的铜基复合材料的基质金属是Cu-Zn合金或者Cu-Ni合金或者Cu-Sn合金或者金属铜；用于连铸结晶器增材制造的铜基复合材料中的硬质粉体是如下粉体中的一种或者一种以上：Al₂O₃粉体、SiC粉体、石墨烯粉体、Si₃N₄粉体、ZrO₂粉体、WC粉体、BN粉体、La₂O₃粉体、TiN粉体、碳纳米管；硬质粉体的平均粒径或者内径在2nm-3μm的范围。

6.如权利要求3所述的方法，其特征是：用于沉积铜合金增材层的水溶液中，含有与铜合金组成相对应的金属的离子；用于沉积铜基复合材料增材层的水溶液中，不仅含有与铜基复合材料中的基质金属组成相对应的金属的离子，还含有与铜基复合材料中的硬质粉体相对应的粉体。