銅及銅合金增材制造技術現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

鄭 肅,李雨陽,陳鵬起,2,3,程繼貴,2,3

(1.合肥工業(yè)大學 材料科學與工程學院,安徽 合肥 230009;2.安徽粉末冶金技術工程中心,安徽 合肥 230009;3.高性能銅合金材料加工教育部工程研究中心,安徽 合肥 230009)

銅及銅合金具有優(yōu)異的物理和化學性能[1,2],隨著科學技術和社會快速發(fā)展,在國民經(jīng)濟各部門中獲得日益廣泛的應用。譬如,具有高導電、導熱性的高強度銅合金主要應用于熱管理系統(tǒng)和電力工業(yè);高導熱、高耐腐蝕性的銅合金用于核電站、航空航天等工業(yè)[3];高強度、耐磨和耐蝕銅合金制備的汽車同步器齒環(huán)等耐磨零件,以及日常生活用品中的各種器物和藝術品。

近年來,市場對產(chǎn)品生產(chǎn)周期、環(huán)保、幾何結構復雜性的要求逐漸提高[4]。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法難以實現(xiàn)復雜結構零件的加工[5],而增材制造(Additive Manufacturing,AM)技術則具有更高的設計自由度,可在較短生產(chǎn)周期內實現(xiàn)形狀復雜、輕量化或多功能梯度的3D打印部件,是解決這些問題的有效途徑之一[6,7]。AM技術是一種依據(jù)零件三維模型的分層切片、離散數(shù)據(jù),通過材料逐層累積來制備零件的新方法。

1 銅及銅合金3D打印用粉

3D打印用金屬粉末一般指的是尺寸小于1 mm的金屬顆粒群,包括單一金屬粉末、合金粉末和一些具有金屬特性的難熔復合粉末,這些粉末必須滿足粒徑小、粒徑分布窄、球度高、流動性好和松密度高的要求。適用于AM的銅及銅合金粉末主要包括霧化銅及銅合金粉末和包覆粉末等。

1.1 霧化銅及銅合金粉末

霧化法是指通過機械的方法使金屬熔液粉碎成尺寸小于150 μm左右顆粒的方法,不同霧化工藝所得到的金屬粉末的微觀形貌也大為不同,如圖1所示。……