[发明专利]一种用于增材制造的铜合金粉末及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于增材制造的铜合金粉末及其制备方法和应用，采用Cr、Nb和Cu按照特定比例混合得到的铜合金粉末，利用3D打印成型工艺，在3D打印成型过程中，高温时Cr与Cu形成α固溶体，随温度降低，Cr在铜中的固溶度急剧减少，析出Cr‑粒子相，Cu‑Nb属难熔合金，固态互溶度有限，而Nb与Cr将形成金属间化合物，因此在Cu‑Cr‑Nb体系中，Nb将以Nb‑Cr化合物NbCr2的形式分布于基体中，使得粉末熔点降低，从而能适用于增材制造成形技术中，降低了成型温度，并且得到的材料的密度为8.5‑8.9g/cm³，抗拉强度为300‑350MPa，断后伸长率为20‑30％，屈服强度为250‑300MPa，满足增材制造成型要求。

技术领域

本发明属于金属粉末材料技术领域，涉及一种用于增材制造的铜合金粉末及其制备方法和应用。

背景技术

Cu-Cr-Nb铜合金具有优良的物理、化学和力学性能；是一种具有良好的导电、导热性和较高强度的铜合金。广泛应用于航空、航天发动机燃烧室。由于航空、航天领域的不断发展，对复杂结构件的需求增多，通过传统机加工艺成形已无法满足需求。

随着工业化的不断改进，增材制造在以上领域均得到了广泛的应用。增材制造的工作原理，使其在复杂结构零件的制作中有着得天独厚的优势。也就是说，造型及结构越复杂的零件，使用3D打印的方式进行制造生产就越有优势。目前可直接成形金属零件的快速成形方法主要有三种：SLM(选择性激光熔化成形)，SLS(选择性激光烧结)，激光熔覆(LC)。SLM(Selective laser melting)是金属粉末的快速成型技术，能直接成型出接近完全致密度的金属零件，不需要黏结剂，成形的精度和力学性能都比SLS、LC要好，因此越来越广泛被应用于3D打印。SLM(选择性激光熔化成形)是基于离散-堆积理念的增量制造技术，与传统的去除材料加工方法相反，利用高能束激光逐层选择性地熔化金属粉末，堆积成形金属零件，具有生产周期短、零件几何形状复杂和材料加工种类繁多等明显优势。

而目前国内航空发动机铜合金零部件使用机加工方式进行，过程繁琐且周期漫长，随着复杂结构件的增加，机加工已无法满足需求；增材制造可解决复杂结构件的成形，但国内目前无可直接成形的铜合金金属粉末材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于增材制造的铜合金粉末及其制备方法和应用，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于增材制造的铜合金粉末，按质量百分比计，包括Cr粉末：4％～10％，Nb粉末：4％～10％，余量为Cu粉末和不可避免杂质，不可避免杂质总量不超过0.061％。

进一步的，Cr粉末、Nb粉末和Cu粉末粒度均为15～150μm。

进一步的，不可避免杂质包括O元素和N元素。

进一步的，O元素百分占比≤0.06％，N元素百分占比≤0.001％。

一种铜合金粉末的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)、按质量百分比分别称取以上材料；

步骤2)，将步骤1)所得材料进行烘干脱氧处理；

步骤3，将步骤2)烘干后的材料进行研磨后得粒度为15～150μm的混合粉末，即得用于增材制造的铜合金金属粉末材料。

进一步的，烘干处理过程在150～200℃下保温1～3h，且烘干处理在真空保护环境中进行。