[发明专利]一种铜合金晶格结构激光选区熔化成形制造工艺

说明书

本发明一种铜合金晶格结构激光选区熔化成形制造工艺，包括S1、晶格单胞设计：晶格单胞由A环、B环构成；S2、晶格整体设计：以一种板状热交换零件为示例，保留几何夹层结构的外形尺寸及其两侧壁板，将内部替换为晶格单胞填充；S3、选用材料及设定工艺参数；S4、摆放方案设计：采用竖直摆放，将采用晶格整体结构的板状热交换零件立于基板上，保持晶格单胞上的贯穿孔为竖直状态；S5、激光选区熔化成形；S6、退火处理；S7、后处理。本发明设计了一种晶格结构，相比目前舰船零部件及热交换器上的传统几何夹层结构减重大于40％，热交换性能提升大于25％,同时解决了铜合金激光选区熔化成形难题，成形制件缺陷得到控制，致密度高，力学性能优于传统工艺，突破了铜合金晶格结构制造工艺。

技术领域

本发明涉及激光选区熔化成形领域，具体涉及一种铜合金晶格结构激光选区熔化成形制造工艺。

背景技术

铜合金耐腐蚀性好，非常适用于长期接触海水的舰船零部件，同时具备了良好的导热性能，广泛应用于冷凝管、热交换器。现有的舰船零部件及热交换器零件受制于传统铸、锻工艺的限制，采用实体结构或简单几何夹层结构，这类结构具有比表面积小、热交换效果差、重量大、材料浪费的明显缺点。而晶格结构不仅可以实现更好热交换性能，还具有轻量化优势，减重的同时也更有效的利用了材料。晶格结构有着单元微小整体复杂的特点，传统铸、锻工艺无法制造，激光选区熔化成形技术是其制造生产的唯一途径。然而，铜合金激光选区熔化成形一直是行业难题，此类材料具有高的激光反射率，成形过程中能量吸收少，内部缺陷尺度大数量多，力学性能差，难以实现工程化应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种铜合金晶格结构激光选区熔化成形制造工艺。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种铜合金晶格结构激光选区熔化成形制造工艺，包括以下步骤：

S1、晶格单胞设计：

晶格单胞由A环、B环构成，A环两侧自上而下有方形贯穿孔，中心具有中心柱结构，柱上有圆形贯穿孔，而B环外形与A环一致，只是两侧开孔为圆形，两环中心柱共用重合，二者构成垂直关系，从而组合成为晶格单胞；

S2、晶格整体设计：以一种板状热交换零件为示例，保留几何夹层结构的外形尺寸及其两侧壁板，将内部替换为晶格单胞填充；

S3、选用材料及设定工艺参数：

材料：粒度范围15-45um或15-53um的铜合金粉末；

工艺参数：铺粉层厚40-60um，激光功率150-350W，激光扫描速度500-1000mm/s，扫描线间距0.06-0.09mm，条带宽度5-15mm；

S4、摆放方案设计：采用竖直摆放，将采用晶格整体结构的板状热交换零件立于基板上，保持晶格单胞上的贯穿孔为竖直状态；

S5、激光选区熔化成形：将足量铜合金粉末材料及厚度在10～60mm的不锈钢基板装载入激光选区熔化设备中，完成零件模型、摆放方案、工艺参数等数据的输入，保护气氛构建后，进行激光选区熔化成形；

S6、退火处理：将连带基板的零件放入热处理炉，随炉升温，在500～800℃下保温1～3h，氩气冷却至室温后出炉；

S7、后处理。

进一步的，中心柱起核心支撑作用，四周环形占有了单胞尺寸的三维空间区域；环形四周外侧及中心柱上下的方形面是结合面，大量的单胞可通过这些结合面互相连接构成更大尺寸的整体结构；晶格单胞结构可放大、缩小来进行应用，尺寸不作限定；各个孔可以是方、圆或任何其他形状,孔的大小也可调整。

进一步的，所述晶格单胞间通过结合面形成互相连接，在其前后左右上下6个方向均可构成连接；单层由多个晶格单胞阵列而成，多层进行叠加，中心进行结构加强。