權(quán)利要求

1.高硬度高導(dǎo)熱鐵銅材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟： （1）將氣霧化工藝制備的粒徑為10~60微米的純銅粉和粒徑為50~100微米的Fe-C-B合金粉末按照重量比4：(0.2~1)混合； （2）將混合粉末進(jìn)行行星球磨，將球磨后獲得的混合粉末置于選區(qū)激光熔化增材制備設(shè)備中，激光選區(qū)熔化微冶金增材，凝固冷卻后獲得高硬度高導(dǎo)熱鐵銅材料并實(shí)現(xiàn)增材制備成形。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高硬度高導(dǎo)熱鐵銅材料的制備方法，其特征在于：Fe-C-B合金粉末中Fe、C、B的摩爾比為1：(0.3-0.5)：(1.8~4.6)。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高硬度高導(dǎo)熱鐵銅材料的制備方法，其特征在于：步驟（2）中行星球磨的條件為：在150~300轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速下分5階段球磨，其中每階段球磨5分鐘后暫停25分鐘再進(jìn)行下一階段球磨。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高硬度高導(dǎo)熱鐵銅材料的制備方法，其特征在于：激光選區(qū)熔化的條件為：在鋪粉厚度100~150微米、激光功率280 ~ 370W、掃描速度600~900毫米/秒、掃描間距0.1~0.15微米條件下進(jìn)行。 5.權(quán)利要求1~4任意一項所述的方法制備得到的高硬度高導(dǎo)熱鐵銅材料。

說明書

高硬度高導(dǎo)熱鐵銅材料及其制備方法

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高硬度高導(dǎo)熱鐵銅材料及其制備方法，屬于新材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鈹銅是以鈹為主要添加元素的青銅，又稱為鈹青銅。鈹銅硬度高，導(dǎo)熱率高，彈性好，抗火花、耐磨損、抗應(yīng)力松弛，加工性能好，廣泛用于注塑模具、防爆工具、和電子元器件中的載流簧片、接插件、觸點(diǎn)、緊固彈簧等。但是，鈹及其氧化物和鹽類化合物以粉塵、煙霧、蒸氣形式經(jīng)呼吸道吸收后會對肺嚴(yán)重傷害，經(jīng)破損皮膚吸收后，會引起局部病變。鈹進(jìn)入人體后，難溶的氧化鈹主要儲存在肺部，引起肺炎?？扇苄缘拟敾衔镏饕獌Υ嬖诠趋馈⒏闻K、腎臟和淋巴結(jié)等處，它們可與血漿蛋白作用，生成蛋白復(fù)合物，引起臟器或組織的病變而致癌。

銅和鐵可以形成互溶體系，過飽和的鐵固溶到銅中，可以強(qiáng)化銅基體，提高硬度和強(qiáng)度。但是，固溶的鐵會導(dǎo)致銅的導(dǎo)熱性能急劇下降。此外，合金化電阻熔煉或感應(yīng)熔煉方法，難以實(shí)現(xiàn)鐵的過飽和溶解，鐵的強(qiáng)化作用難以體現(xiàn)。激光選區(qū)熔化微冶金增材以聚焦激光束為熱源，按照成形件三維模型的離散切片數(shù)據(jù)掃描粉床上的球形粉末，以極快速度熔化粉末，凝固后獲得成形件，這為實(shí)現(xiàn)銅基體中鐵的過飽和可控固溶、實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度硬度和導(dǎo)熱性的可靠調(diào)控，提供了條件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明不使用有毒的鈹，以成分簡單的純銅和Fe-C-B合金為組元，通過選區(qū)激光熔化粉床微冶金快速凝固方法，解決了銅-鐵難混熔合金的制備和成形問題。

本發(fā)明的目的在于提供一種高硬度高導(dǎo)熱鐵銅材料及其的制備方法，制備的高硬度高導(dǎo)熱鐵銅材料硬度超過HRC35，導(dǎo)熱率超過95W/(m.k)，與鈹銅相當(dāng)，具有無毒無污染、安全性高、成本低、應(yīng)用廣等突出優(yōu)點(diǎn)，包括以下步驟：

（1）將氣霧化工藝制備的粒徑為10~60微米的純銅粉和粒徑為50~100微米的Fe-C-B合金粉末按照重量比4：（0.2~1）混合。

（2）將混合粉末進(jìn)行行星球磨，將球磨后獲得的混合粉末置于選區(qū)激光熔化增材制備設(shè)備中，激光選區(qū)熔化微冶金增材，凝固冷卻后獲得新型高硬度高導(dǎo)熱鐵銅材料并實(shí)現(xiàn)增材制備成形。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟（2）中行星球磨的條件為：在150~300轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速下分5階段球磨，其中每階段球磨5分鐘后暫停25分鐘再進(jìn)行下一階段球磨。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述激光選區(qū)熔化的條件為：在鋪粉厚度100~150微米、激光功率280 ~ 370W、掃描速度600~900毫米/秒、掃描間距0.1~0.15微米條件下進(jìn)行

本發(fā)明步驟（1）中所述用于高硬度高導(dǎo)熱鐵銅材料的原材料為氣霧化純銅球形粉末和Fe-C-B鐵基球形粉末，其中Fe、C、B的摩爾比為1：(0.3-0.5)：(1.8~4.6)；其添加量和成分，可以根據(jù)工況條件的需要進(jìn)行改變，實(shí)現(xiàn)性能的有效調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的另一目的在于提供所述的方法制備得到的高硬度高導(dǎo)熱鐵銅材料。

本發(fā)明的有益效果：

（1）新型高硬度高導(dǎo)熱鐵銅材料但不使用有毒的鈹元素，克服了鈹銅生產(chǎn)過程中對人體的危害，無毒無污染。

（2）以成分簡單的純銅和Fe-C-B合金為組元，充分發(fā)揮激光選區(qū)熔化增材制備粉床微冶金過程中快速凝固的特點(diǎn)，解決了銅-鐵難混熔合金的制備和成形問題；制備的高硬度高導(dǎo)熱鐵銅材料硬度超過HRC35，導(dǎo)熱率超過95W/(m.k)，與鈹銅相當(dāng)。

（3）球磨方法提高銅粉的激光吸收率和Fe-C-B粉的均勻分布，有利于實(shí)現(xiàn)成形件致密化和組織均勻性。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于所述內(nèi)容。

實(shí)施例1

（1）將氣霧化工藝制備的粒徑為10~30微米的純銅粉和粒徑為50~80微米的Fe-0.30C-1.8B粉末按照重量比4：0.2混合。

（2）使用行星球磨機(jī)在150轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速下分5階段球磨25分鐘，其中每階段球磨5分鐘后暫停25分鐘再進(jìn)行下一階段球磨。

（3）將球磨后獲得的混合粉末置于選區(qū)激光熔化增材制備設(shè)備中，在鋪粉厚度100微米、激光功率280W、掃描速度600毫米/秒、掃描間距0.1微米條件下進(jìn)行激光選區(qū)熔化微冶金增材。

（4）凝固冷卻后獲得實(shí)現(xiàn)了增材制備成形的高硬度高導(dǎo)熱鐵銅材料，硬度為36HRC，導(dǎo)熱率為126 W/(m.k)。

實(shí)施例2

（1）將氣霧化工藝制備的粒徑為30~60微米的純銅粉和粒徑為80~100微米的Fe-0.49C-4.5B粉末按照重量比4：1混合。

（2）使用行星球磨機(jī)在240轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速下分5階段球磨25分鐘，其中每階段球磨5分鐘后暫停25分鐘再進(jìn)行下一階段球磨。

（3）將球磨后獲得的混合粉末置于選區(qū)激光熔化增材制備設(shè)備中，在鋪粉厚度150微米、激光功率370W、掃描速度900毫米/秒、掃描間距0.15微米條件下進(jìn)行激光選區(qū)熔化微冶金增材。

（4）凝固冷卻后獲得實(shí)現(xiàn)了增材制備成形的新型高硬度高導(dǎo)熱鐵銅材料，硬度為45HRC，導(dǎo)熱率為96 W/(m.k)。

實(shí)施例3

（1）將氣霧化工藝制備的粒徑為20~40微米的純銅粉和粒徑為70~90微米的Fe-0.42C-3.0B粉末按照重量比4：0.8混合。

（2）使用行星球磨機(jī)在300轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速下分5階段球磨25分鐘，其中每階段球磨5分鐘后暫停25分鐘再進(jìn)行下一階段球磨。

（3）將球磨后獲得的混合粉末置于選區(qū)激光熔化增材制備設(shè)備中，在鋪粉厚度120微米、激光功率350W、掃描速度900毫米/秒、掃描間距0.12微米條件下進(jìn)行激光選區(qū)熔化微冶金增材。

（4）凝固冷卻后獲得實(shí)現(xiàn)了增材制備成形的新型高硬度高導(dǎo)熱鐵銅材料，硬度為41HRC，導(dǎo)熱率為102 W/(m.k)。

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