[发明专利]一种超短周期高强度-高延展性镍铝青铜合金及制备方法

说明书

本发明公开了一种超短周期高强度‑高延展性镍铝青铜合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、按Cu：Al：Ni：Fe：Mn的摩尔比配比各粉料，粉料的平均粒径为20‑60μm；将各粉料混合，得到配料；S2、按上述配料成分经熔炼、锻造和热处理工艺获得直径为50‑100mm的镍铝青铜棒料；S3、采用等离子电极雾化法对上述镍铝青铜棒料进行雾化处理；S4、将上述等离子电极雾化处理后的镍铝青铜合金粉末，采用选择性电子束熔融工艺，经3D打印获得高密度以及兼具高强度与高延展性的镍铝青铜合金。本发明的制备方法所得合金内部析出相细小且呈均匀弥散分布状态，合金致密度高，兼具高强度与高延展性，制备过程中工艺参数易控制，加工周期短。

技术领域

本发明属于镍铝青铜合金领域，具体涉及一种超短周期高强度-高延展性镍铝青铜合金的制备方法，以及所制得的超短周期高强度-高延展性镍铝青铜合金。

背景技术

长期以来，人们致力于探索同时具备高强度与高延展性的金属以及合金来满足需求。而传统的方法通常在增加了材料强度的同时降低了其延展性。近年来，一些创新性的微观结构设计，包括在材料组织结构中引入高密度位错(参见文献1.He,B.B.et al.Highdislocation density-induced large ductility in deformed and partitionedsteels.Science 357,1029(2017)；文献2.Lu,L.,Shen,Y.,Chen,X.,Qian,L.&Lu,K.Ultrahigh Strength and High Electrical Conductivity in Copper.Science 304,422(2004))、梯度纳米晶结构(参见文献3.Fang,T.H.,Li,W.L.,Tao,N.R.&Lu,K.RevealingExtraordinary Intrinsic Tensile Plasticity in Gradient Nano-GrainedCopper.Science 331,1587-1590(2011))和双峰晶粒(参见文献4.Wang,Y.，Chen,M.,Zhou，F.&Ma,E.High tensile ductility in a nanostructured metal.Nature 419,912(2002))，可以有效地克服上述难题。但是这些方法较难适用于加工复杂几何形状的机械部件，同时，由于上述方法需要经过多重加工处理过程，由此会产生因控制变量增多而导致的加工重复性问题，不利于制造机械部件的组织结构与性能的稳定性。近年来，增材制造方法因赋予设计与加工的高自由度而成为了解决上述挑战的理想方案(参见文献5.Zheng,X.etal.Multiscale metallic metamaterials.Nature Mater.15,1100(2016)；文献6.Mchugh,K.J.et al.Fabrication of fillable microparticles and other complex 3Dmicrostructures.Science 357,1138(2017))。已有研究表明，采用激光粉末熔炼(L-PBF)技术制造的316L不锈钢同时具有高屈服强度和高延展性(参见文献7.Wang,Y.M.etal.Additively manufactured hierarchical stainless steels with high strengthand ductility.Nature Mater.17,63-71(2018)；文献8.Sun,Z.,Tan,X.,Tor,S.B.&Chua,C.K.Simultaneously enhanced strength and ductility for 3D-printed stainlesssteel 316L by selective laser melting.Npg Asia Mater.10(2018)；文献9.Liu,L.etal.Dislocation network in additive manufactured steel breaks strength-ductility trade-off.Mater.Today 21,354-361(2018))。但目前3D打印技术往往局限于制造易焊接的金属材料，如不锈钢、钛合金、镍合金等(参见文献10.Martin,J.H.et al.3Dprinting of high-strength aluminium alloys.Nature 549，365-369(2017))，采用3D打印技术制造组织结构致密、性能优良的铜合金，目前仍然是一个难题。比如采用L-PBF技术制造铜合金的过程中出现部分熔融现象，导致其相对密度小于95％(参见文献11.Zhang,D.Q.,Liu,Z.H.&Chua,C.K.Investigation on forming process of copper alloys viaSelective Laser Melting.In High Value Manufacturing:Advanced Research inVirtual and Rapid Prototyping:Proceedings of the 6th International Conferenceon Advanced Research in Virtual and Rapid Prototyping,Leiria,Portugal 285(2013))。通过调控3D打印加工参数，得到的Cu-Cr-Zr-Ti合金相对密度达到97.9％，但由于成形件的内部晶粒尺寸主要为30-250μm的柱状晶，因此其抗拉强度(UTS)比传统锻造成形件低20-25％(参见文献12.Popovich,A.et al.Microstructure and mechanicalproperties of additive manufactured copper alloy.Mater.Lett.179,38-41(2016))。