本發(fā)明提供一種利用激光增材技術(shù)制造銅鉻合金的方法，屬于金屬材料領(lǐng)域。Cu?Cr觸頭材料的顯微組織細(xì)化及超細(xì)化可望全面提升Cu?Cr觸頭材料的綜合性能，同時(shí)使真空滅弧室絕緣強(qiáng)度升高，特別是Cr相的細(xì)化有利于提高合金的耐電壓強(qiáng)度、抗電弧燒蝕能力和降低合金的截流值。傳統(tǒng)的制備工藝如熔鑄、粉末冶金法很難實(shí)現(xiàn)Cr相的細(xì)化以及Cr在銅中的均勻彌散分布。本發(fā)明采用激光增材制造技術(shù)來制備整塊Cu?Cr合金材料，該技術(shù)不但能夠細(xì)化Cr相，提高合金的綜合性能，同時(shí)能夠快速精密地制造出任意復(fù)雜形狀的零件，從而實(shí)現(xiàn)了零件自由制造，解決了許多復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的成形，并大大減少了加工工序，縮短了加工周期。

權(quán)利要求書

1．一種利用激光增材技術(shù)制造銅鉻合金的方法，其特征在于首先根據(jù)采用的激光打印方式選用合適粒度的球形銅粉末，然后選用平均粒度小于2微米的Cr粉末與銅粉末進(jìn)行球磨混合，通過控制球磨轉(zhuǎn)速和時(shí)間使Cr粉末能夠附著在球形Cu粉末的表面，Cr粉的添加量根據(jù)設(shè)計(jì)的成分進(jìn)行確定，其范圍可在5－60wt％進(jìn)行任意調(diào)整；將混合后的粉末置于激光打印機(jī)中在適當(dāng)?shù)募す夤β屎蛼呙杷俣认麓蛴≈苽涑蓧K體，然后再進(jìn)行熱處理得到最終CuCr合金材料。

2．根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用激光增材技術(shù)制造銅鉻合金的方法，其特征在于激光打印方式為粉末床打印和同軸送粉式堆積打印兩種，其中粉床式打印時(shí)球形銅粉的粒度為5－35微米范圍，同軸送粉式堆積打印時(shí)銅粉的粒度為30－50微米。

3．根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用激光增材技術(shù)制造銅鉻合金的方法，其特征在于對(duì)于同軸送粉式堆積打印方式，打印過程采用氬氣氛保護(hù)，激光功率控制在500－700W，掃描速度控制在400－700mm／min，送粉速率10－15g／min。

4．根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用激光增材技術(shù)制造銅鉻合金的方法，其特征在于對(duì)于粉床式激光打印方式，氣氛采用氬氣氣氛，激光功率控制在50－200W范圍內(nèi)，掃描速度100－200mm／s，激光束直徑100－200μm。

5．根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用激光增材技術(shù)制造銅鉻合金的方法，其特征在于采用真空進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為650－900℃，熱處理時(shí)間60－90min。

說明書

一種利用激光增材技術(shù)制造銅鉻合金的方法

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及一種利用激光增材技術(shù)制造銅鉻合金的方法。

背景技術(shù)：

近年來，大功率電路斷路技術(shù)正在飛速發(fā)展，其中用于中壓電路（5～38V）的真空開關(guān)，已成為主流產(chǎn)品。真空開關(guān)的工作原理是通過機(jī)械振動(dòng)，使真空室的動(dòng)觸頭和靜觸頭分開和閉合，實(shí)現(xiàn)電路的開關(guān)。在觸頭分離的瞬間，由于強(qiáng)電場(chǎng)的作用，觸頭間燃起電弧，電弧的高溫使觸頭表面微區(qū)金屬融化并蒸發(fā)形成金屬蒸汽流，直到金屬蒸汽密度太小，不足以維持電弧為止，電路隨之?dāng)嚅_。因此對(duì)真空開關(guān)來說，觸頭材料十分關(guān)鍵，而且要求觸頭材料具有高導(dǎo)電率、良好機(jī)械性能及抗腐蝕性能。

由CuCr合金的相圖可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于高Cr含量的CuCr合金，其實(shí)際上是兩相結(jié)構(gòu)的假合金，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使CuCr都充分保持了各自的良好特性熔點(diǎn)低、導(dǎo)電率和熱導(dǎo)率高的Cu組元，有利于提高真空開關(guān)的分?jǐn)嗄芰?，而第二組元Cr具有較高的熔點(diǎn)、較高的機(jī)械強(qiáng)度和較低的截流值，保證了真空開關(guān)具有良好的耐電壓、抗燒蝕、抗熔焊和低截流特性?，F(xiàn)在CuCr合金則是目前被廣泛應(yīng)用的觸頭材料。到目前為止，尚未發(fā)現(xiàn)有新的電觸頭材料性能優(yōu)于CuCr合金。研究表明，CuCr材料的性能取決于顯微組織，特別是Cr顆粒的大小，CuCr觸頭材料的顯微組織細(xì)化，成分均勻化和Cr粒子的細(xì)化能大幅度地提高其耐電壓強(qiáng)度和降低最大截留值。因此，研究晶粒更細(xì)的CuCr合金觸頭材料十分必要。

現(xiàn)今的CuCr合金常規(guī)制造技術(shù)主要包括混合熔鑄法、機(jī)械合金法、快速凝固法等。混合熔鑄法雖然生產(chǎn)成本低，但其生產(chǎn)的銅合金存在晶粒粗大、偏折嚴(yán)重、雜質(zhì)含量高等問題，此外由于Cu、Cr難以互溶的特性，混合熔鑄技術(shù)難以制造出高鉻含量、鉻分布均勻的CuCr合金。機(jī)械合金法是將銅粉與鉻粉混合后進(jìn)行壓制成形和燒結(jié)，盡管能夠一定程度上改善Cr的分布，但是仍然難以獲得全致密的CuCr合金。文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果表明【劉杰，周志明，涂堅(jiān)，黃燦，柴林江，黃偉九，王亞平，激光表面處理Cu Cr50合金的顯微組織及性能，表面技術(shù)，2016，45（5）：169－174】，Cu－Cr合金表面經(jīng)過進(jìn)一步的激光重熔處理可以大幅度降低Cr相的尺寸，改善Cr在銅的中分布，提高CuCr合金的硬度和耐磨性，這說明CuCr合金通過激光重熔快速凝固的方法細(xì)化Cr相是可行的，但是文獻(xiàn)報(bào)道的激光表面重熔法只能用于Cu－Cr合金的表面改性，不能用于制取整塊Cu－Cr合金材料。因此，在現(xiàn)有研究結(jié)果基礎(chǔ)上，探索一種既可以制備塊體CuCr合金，又能夠使得Cr在Cu中均勻分布的方法迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明目的是提供一種既可以制備塊體CuCr合金，又能夠使得Cr在Cu中均勻分布的方法。

一種利用激光增材技術(shù)制造銅鉻合金的方法，其特征在于首先根據(jù)采用的激光打印方式選用合適粒度的球形銅粉末，然后選用平均粒度小于2微米的Cr粉末與銅粉末進(jìn)行球磨混合，通過控制球磨轉(zhuǎn)速和時(shí)間使Cr粉末能夠附著在球形Cu粉末的表面，Cr粉的添加量根據(jù)設(shè)計(jì)的成分進(jìn)行確定，其范圍可在5－60wt％進(jìn)行任意調(diào)整；將混合后的粉末置于激光打印機(jī)中在適當(dāng)?shù)募す夤β屎蛼呙杷俣认麓蛴≈苽涑蓧K體，然后再進(jìn)行熱處理得到最終CuCr合金材料。

進(jìn)一步地，激光打印方式為粉末床打印和同軸送粉式堆積打印兩種，其中粉床式打印時(shí)球形銅粉的粒度為5－35微米范圍，同軸送粉式堆積打印時(shí)銅粉的粒度為30－50微米。

進(jìn)一步地，對(duì)于同軸送粉式堆積打印方式，打印過程采用氬氣氛保護(hù)，激光功率控制在500－700W，掃描速度控制在400－700mm／min，送粉速率10－15g／min。

進(jìn)一步地，對(duì)于粉床式激光打印方式，氣氛采用氬氣氣氛，激光功率控制在50－200W范圍內(nèi)，掃描速度100－200mm／s，激光束直徑100－200μm。

進(jìn)一步地，采用真空進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為650－900℃，熱處理時(shí)間60－90min。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，采用激光增材制造的方法不但能夠細(xì)化Cr相，提高合金的綜合性能，同時(shí)能夠快速精密地制造出任意復(fù)雜形狀的CuCr合金零件，解決了許多復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的成形，并大大減少了加工工序，縮短了加工周期。

具體實(shí)施方式：

（1）采用粉床式激光打印CuCr35合金

首先選用粒度在5－35微米的球形銅粉和平均粒度小于2微米的Cr粉末，通過球磨進(jìn)行混合，球磨轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)／分種，球磨時(shí)間60分鐘，銅粉與Cr粉的質(zhì)量比為65：35。將混合后的粉末置于粉床式激光打印機(jī)中，采用氬氣氛保護(hù)，激光功率采用150W，掃描速度150mm／s，激光束直徑200μm。最后再將打印制備的CuCr合金于900℃進(jìn)行真空熱處理，熱處理時(shí)間60min，然后隨爐冷卻得到最終的CuCr35合金。

（2）采用激光同軸送粉堆積式打印CuCr55合金

首先選用粒度在30－50微米范圍內(nèi)的球形銅粉和平均粒度小于2微米的Cr粉末，通過球磨進(jìn)行混合，球磨轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)／分種，球磨時(shí)間90分鐘，銅粉與Cr粉的質(zhì)量比為45：55。將混合后的粉末置于同軸送粉激光打印機(jī)中，采用氬氣氛保護(hù)，激光功率700W，掃描速度控制在700mm／min，送粉速率15g／min。最后再將打印制備的CuCr合金在850℃進(jìn)行真空熱處理，熱處理時(shí)間90min，然后隨爐冷卻得到最終的CuCr55合金材料。