[发明专利]一种铜基合金材料及其制备方法、喷管及其增材制造方法

说明书

本发明提供了一种铜基合金材料及其制备方法、喷管及其增材制造方法。铜基合金材料以质量百分比计包括，Al：8～10％、Mn：8～9％、Si：0.10～0.13％、其余为Cu。按以下步骤制备：配料、真空熔炼、气雾化制粉、筛粉、干燥，最后打印成形制得喷管。本发明通过在CuAlMn形状记忆合金中添加其他微量元素及改变元素配比，使得CuAlMn形状记忆合金在直接打印成形后便具有双程形状记忆效应，通过训练后壁厚1.2mm的锥筒体结构双程变形可以达到4％以上，而且力学性能得到大幅度改善的同时形状记忆效果大幅度提高，可用于发动机智能变形喷管。

技术领域

本发明涉及航空发动机喷管制造技术领域，具体涉及一种铜基合金材料及其制备方法、喷管及其增材制造方法。

背景技术

Cu基形状记忆合金由于其高强高导、好的超弹性、加工性能好、高阻尼、宽的相变滞后、相变温度宽(-180-400℃内可调)、低廉的价格等特性，广泛用于航空航天、汽车交通、能源资源、智能材料和日常生活领域，尤其在某些对其形状记忆性能及稳定性要求不太苛刻的条件下(如热水控温阀、热水器等)优势非常明显。在航空发动机方面，为提升发动机的隐身功能，需要在某工况下喷管形状由圆形改变为超椭圆结构。传统的尾喷管采用调节片、密封片、连杆、机械驱动装置等实现喷管出口面积变化，结构复杂、重量大，且零件数量多，零件多采用高温合金，机加精度和装配精度要求较高。采用形状记忆合金(SMA)增材制造技术制备的喷管结构简单、重量轻，有利于提高发动机的隐身性能和推重比。

Cu基形状记忆合金作为一种典型的β相记忆合金(母相为BCC结构)，只有在β相区快冷至马氏体转变温度以下，得到的马氏体组织才具有形状记忆效应。但是铜基形状记忆合金的形状记忆效应及稳定性差、弹性各向异性因子大、塑性差，如何改善其力学性能的同时获得其优异的形状记忆效应、如何得到双程形状记忆效应一直是需要迫切解决的难题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种铜基合金材料及其制备方法、喷管及其增材制造方法，该增材制造方法制备得到的铜基形状记忆合金智能变形喷管具有优异的双程形状记忆效应，克服了传统喷管在制造和使用中形状记忆效应及稳定性差、弹性各向异性因子大、塑性差等缺点。

本申请实施例提供以下技术方案：一种铜基合金材料，按质量百分比计，包括：Al：8～10％、Mn：8～9％、Si：0.10～0.13％，其余为铜。

根据本申请实施例的一种实施方式，按质量百分比计，包括：Al：9～10％、Mn：8.5～9％、Si：0.10～0.11％，其余为铜。

本申请实施例还提供一种如上述的铜基合金材料的制备方法，通过包括配料、真空熔炼、气雾化制粉、筛粉的步骤制备得到粉末状的所述铜基合金材料。

根据本申请实施例的一种实施方式，所述真空熔炼步骤中，熔炼温度为800～1500℃，炉内气压为0.4～0.6MPa。

根据本申请实施例的一种实施方式，所述气雾化制粉步骤中，在氩气保护气氛下进行，气体压力为0.3～8MPa。

根据本申请实施例的一种实施方式，所述筛粉步骤中，采用200目的筛网进行筛分。

根据本申请实施例的一种实施方式，在所述筛粉步骤之后还包括干燥步骤，干燥温度为100～150℃，保温时间为5～12小时。

本申请实施例还提供一种喷管，所述喷管采用如上述的铜基合金材料制备得到。

本申请实施例还提供一种如上述的喷管的增材制造方法，所述喷管通过激光粉末增材制造方法打印成形；其中的激光参数为：采用不锈钢基板，预热，激光功率为200～400W；激光扫描速度为600～1100mm/s；扫描间距为0.1～0.2mm；层间厚度为0.03～0.06mm。