本發(fā)明屬于材料熱處理，尤其涉及一種基于選區(qū)激光熔化制備10%wc/cusn10合金復(fù)合材料的熱處理方法。

背景技術(shù)：

1、cusn10合金是人類(lèi)所知的最古老的傳統(tǒng)合金之一，由于具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐蝕等性能，在電力、電子、通訊、化工、機(jī)械、交通運(yùn)輸、海洋工程、航空航天、石油化工等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，是當(dāng)今應(yīng)用僅次于鐵、鋁而居第三位的金屬。隨著輕量化、結(jié)構(gòu)功能一體化的強(qiáng)勁需求，復(fù)雜精密銅合金構(gòu)件的需求日益增加，傳統(tǒng)的制造方法存在不足。精密鑄造雖然能夠解決部分復(fù)雜零件的制造，但是加工過(guò)程中易出現(xiàn)縮孔、縮松、成分偏析、表面缺陷等各種缺陷。特別重要的是該方法對(duì)一些特殊復(fù)雜形狀零件如銅合金應(yīng)用最廣泛的內(nèi)流道構(gòu)件無(wú)能為力。激光選區(qū)熔化（selective?laser?melting，slm）成形技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展十分迅速的3d打印技術(shù)。它結(jié)合了cad/cam、數(shù)控、光學(xué)和材料科學(xué)等技術(shù)，采用離散/堆積成型的原理制造構(gòu)件，可以利用金屬粉末直接制造出具有高性能、高精度的金屬構(gòu)件。借助這一技術(shù)，能夠大幅節(jié)省零件設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的周期，因此被廣泛應(yīng)用。

2、wc硬質(zhì)合金材料由于兼具高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨性和高耐熱性，被廣泛用于切削工具、鉆孔工具和磨削工具。通過(guò)使用選區(qū)激光熔化技術(shù)制備wc顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料有望結(jié)合其優(yōu)異的機(jī)械性能和熱性能。

3、在選擇性激光熔化（slm）成形過(guò)程中，由于金屬材料快速熔化和凝固，會(huì)產(chǎn)生較大的溫度梯度。這種溫度梯度會(huì)導(dǎo)致10%/cusn10?合金復(fù)合材料試件內(nèi)部產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。這些殘余應(yīng)力會(huì)降低材料的尺寸穩(wěn)定性，使零件容易發(fā)生變形甚至開(kāi)裂。為滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用要求，需對(duì)slm打印的零部件進(jìn)行熱處理以改善其綜合力學(xué)性能。傳統(tǒng)cu合金一般采用復(fù)雜雙重退火或固溶時(shí)效熱處理方式，但復(fù)雜雙重退火工藝復(fù)雜；固溶時(shí)效主要用于小規(guī)格棒材熱處理，工藝復(fù)雜且容易引起零件嚴(yán)重變形；因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待改進(jìn)和提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于選區(qū)激光熔化制備10%wc/cusn10合金復(fù)合材料的熱處理方法，以在提高cusn10合金各項(xiàng)性能的基礎(chǔ)上解決在選擇性激光熔化（slm）制10%wc/cusn10合金復(fù)合材料試件過(guò)程中，合金內(nèi)部所產(chǎn)生殘余應(yīng)力的問(wèn)題。

2、本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一種基于選區(qū)激光熔化制備10%wc/cusn10合金復(fù)合材料的熱處理方法，包括以下步驟：

4、步驟1：將cusn10粉末與10wt%wc粉末混合,使用jht5金合雙動(dòng)混粉機(jī)以每分鐘200轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速均勻4小時(shí)；

5、步驟2：稱(chēng)取混合后的10%wc/cusn10合金粉末并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理；

6、步驟3：在頂粉艙內(nèi)填充合金粉末，并在基板上鋪設(shè)合金粉末，然后使用惰性氣體清洗打印腔室直至腔室內(nèi)氧含量低于10ppm；

7、步驟4：選區(qū)激光熔化設(shè)備激光器按照設(shè)定好的工藝文件對(duì)合金粉末進(jìn)行逐層打??；打印設(shè)備的激光器采用z字型掃描方式，并且相鄰加工層激光掃描方向的旋轉(zhuǎn)角度為90°；

8、步驟5：運(yùn)用線切割技術(shù)把選區(qū)激光熔化成形的10%wc/cusn10復(fù)合材料試件從基板上切割下來(lái)；

9、步驟6：將10%wc/cusn10復(fù)合材料試件放入真空熱處理爐，將真空熱處理爐抽至真空狀態(tài)，再將真空熱處理爐升溫至400℃～600℃；

10、步驟7：在400℃～600℃的真空熱處理爐內(nèi)對(duì)10%wc/cusn10復(fù)合材料試件進(jìn)行保溫；

11、步驟8：10%wc/cusn10復(fù)合材料試件隨爐冷卻至室溫；

12、步驟9：對(duì)熱處理前后的10%wc/cusn10復(fù)合材料試件進(jìn)行性能測(cè)試。

13、在上述技術(shù)方案中，在步驟1中，wc粉末含量為cusn10粉末的10wt%。

14、在上述技術(shù)方案中，在步驟2中，預(yù)處理為粉末的烘干處理，烘干處理中烘箱溫度為100～120℃，時(shí)間為4～8h。

15、在上述技術(shù)方案中，在步驟3中，鋪設(shè)的粉末厚度為20μm，激光功率為235w，掃描速度為800mm/s，掃描間距為100μm，頂粉艙中合金粉末的高度為所制備10%wc/cusn10合金復(fù)合材料試件的高度的2~3倍。

16、在上述技術(shù)方案中，在步驟4中，逐層打印的步驟為:

17、打印設(shè)備激光器的激光光斑以z字型掃描方式在打印基板上進(jìn)行掃描，將預(yù)先鋪設(shè)在基板上的合金粉末燒結(jié)熔化并快速冷卻凝固成預(yù)備平面，完成第一次打?。?/p>

18、在基板的預(yù)備平面上使用掛到再次鋪設(shè)合金粉末，然后下降基板的高度，并旋轉(zhuǎn)激光器的激光路徑，在層內(nèi)以z字型掃描方式對(duì)預(yù)備平面上的合金粉末進(jìn)行燒結(jié)，完成第二次打印；

19、依次重復(fù)上述步驟，直至獲得10%wc/cusn10合金復(fù)合材料試件。

20、在上述技術(shù)方案中，在步驟6中，熱處理的升溫速度為5℃/min。

21、在上述技術(shù)方案中，步驟7中，10%wc/cusn10合金復(fù)合材料試件在400℃～600℃的真空熱處理爐內(nèi)保溫4h。

22、在上述技術(shù)方案中，步驟9中所述熱處理后的所述10%wc/cusn10合金復(fù)合材料試件，經(jīng)拋光打磨并腐蝕后，微觀采用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀測(cè)，力學(xué)性能采用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)。

23、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

24、本發(fā)明通過(guò)添加wc粉末顆粒，使用選區(qū)激光熔化技術(shù)成形10%wc/cusn10合金復(fù)合材料試件并進(jìn)行熱處理，既提高了cu合金的強(qiáng)度，有保持了原有的抗變形能力。此外，這種方法還能改善材料的微觀組織結(jié)構(gòu)，使其更加均勻，減少各向異性，同時(shí)提高材料的硬度和韌性，滿(mǎn)足使用要求的屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率；因此，經(jīng)過(guò)選區(qū)激光熔化制備10%wc/cusn10合金復(fù)合材料并進(jìn)行熱處理的試件具有更好的尺寸穩(wěn)定性和力學(xué)性能，滿(mǎn)足了復(fù)雜精密銅合金構(gòu)件的應(yīng)用需求，還顯著提升了材料的整體質(zhì)量和使用性能。

技術(shù)特征：

1.一種基于選區(qū)激光熔化制備10%wc/cusn10合金復(fù)合材料的熱處理方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于選區(qū)激光熔化制備10%wc/cusn10合金復(fù)合材料的熱處理方法，其特征在于，在步驟1中，wc粉末含量為cusn10粉末的10wt%。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于選區(qū)激光熔化制備10%wc/cusn10合金復(fù)合材料的熱處理方法，其特征在于，在步驟2中，預(yù)處理為粉末的烘干處理，烘干處理中烘箱溫度為100～120℃，時(shí)間為4～8h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于選區(qū)激光熔化制備10%wc/cusn10合金復(fù)合材料試件的熱處理方法，其特征在于，在步驟3中，鋪設(shè)的粉末厚度為20μm，激光功率為235w，掃描速度為800mm/s，掃描間距為100μm，頂粉艙中合金粉末的高度為所制備10%wc/cusn10合金復(fù)合材料試件的高度的2~3倍。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于選區(qū)激光熔化制備10%wc/cusn10合金復(fù)合材料的熱處理方法，其特征在于，在步驟4中，逐層打印的步驟為:

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于選區(qū)激光熔化制備10%wc/cusn10合金復(fù)合材料的熱處理方法，其特征在于，在步驟6中，熱處理的升溫速度為5℃/min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于選區(qū)激光熔化制備10%wc/cusn10合金復(fù)合材料的熱處理方法，其特征在于，步驟7中，10%wc/cusn10合金復(fù)合材料試件在400℃～600℃的真空熱處理爐內(nèi)保溫4h。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于選區(qū)激光熔化制備10%wc/cusn10合金復(fù)合材料的熱處理方法，其特征在于，在步驟9中，熱處理后的所述10%wc/cusn10合金復(fù)合材料試件，經(jīng)拋光打磨并腐蝕后，微觀采用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀測(cè)，力學(xué)性能采用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于材料熱處理技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種基于選區(qū)激光熔化制備10%WC/CuSn10合金復(fù)合材料的熱處理方法，該方法包括10%WC/CuSn10合金復(fù)合材料試件的制備以及對(duì)成形試件進(jìn)行熱處理兩部分。本發(fā)明的目的是提供一種基于選區(qū)激光熔化制備10%WC/CuSn10合金復(fù)合材料的熱處理方法，通過(guò)添加第二相顆粒的方式提升CuSn10的各項(xiàng)性能，并通過(guò)熱處理方式解決在選擇性激光熔化制得10%WC/CuSn10合金的過(guò)程中，在復(fù)合材料內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力的問(wèn)題，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于既可以提升材料的各項(xiàng)性能，又可以通過(guò)熱處理，減小零部件表面參與應(yīng)力，提高試件抗變形能力，抑制零部件裂紋的萌生、擴(kuò)展、開(kāi)裂。

技術(shù)研發(fā)人員：張凱,劉偉東,劉偉軍,李炳翰,葉天慶,呂繼飛,高慧瑤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8