權(quán)利要求

1.一種錫銅合金，其特征在于，包括以下質(zhì)量百分比的原料：

Sn 11%-13%、P 0.05%-2.0%、Ni 0.5%-5.0%、Cr 0.5%-3.5%、稀土元素0.2-2.0%，余量為銅及不可去除的雜質(zhì)，所述稀土元素為L(zhǎng)a及Ce的混合物，La、Ce及P以磷銅球形式添加，所述錫銅合金的成品粉末粒徑介于50-120μm。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錫銅合金，其特征在于，包括以下質(zhì)量百分比的原料：

Sn 11%-13%、P 0.05%-2.0%、Ni 0.5%-5.0%、Cr 0.5%-3.5%、La 0.1%-1.0%及Ce 0.1-1.0%，余量為銅及不可去除的雜質(zhì)，La、Ce及P以磷銅球形式添加，所述錫銅合金的成品粉末粒徑介于50-120μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的錫銅合金，其特征在于，所述錫銅合金成品粉末的制備方法為：

首先將銅、錫、鎳、鉻加入至真空熔煉坩堝中，采用感應(yīng)加熱的方式將金屬熔化，當(dāng)金屬液溫度達(dá)到1000-1300℃時(shí)，采用二次加料的方式向金屬液中加入磷銅、鑭及鈰，而后保溫5-30min，最后將金屬液倒入中間包坩堝中并將金屬液通過(guò)氣霧化制備成球形金屬粉末，最后冷卻并氣流分級(jí)，得到錫銅合金成品粉末。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錫銅合金，其特征在于，所述磷銅球的制備方法為：

首先將磷銅合金加入至真空熔煉坩堝中，采用感應(yīng)加熱的方式將金屬熔化，當(dāng)金屬液溫度達(dá)到1000-1300℃后，加入La及Ce熔化混合均勻，得到磷銅熔液，而后通過(guò)連鑄機(jī)將磷銅熔液冷卻結(jié)晶成磷銅桿，再將磷銅桿依次經(jīng)過(guò)鐓球機(jī)、拋光機(jī)、清洗機(jī)和包裝機(jī)加工成磷銅球。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的錫銅合金，其特征在于：氣霧法制備球形金屬粉末中，霧化氣體選用高純氬氣，熔煉室與氣霧室壓差小于0.3MPa，高壓霧化氣體的壓力為4-5MPa。

6.一種錫銅合金激光熔覆工藝，其特征在于：其采用激光熔覆的方式將權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的錫銅合金的成品粉末附著于構(gòu)件上;

所述激光熔覆采用窄光斑，激光光斑直徑5mm，激光功率1500-3000千瓦，熔覆速度400-800mm/min;

成型完成后對(duì)構(gòu)件進(jìn)行切割、打磨、拋光處理。

7.一種錫銅合金激光熔覆工藝，其特征在于：其采用激光熔覆的方式將權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的錫銅合金的成品粉末附著于構(gòu)件上;

所述激光熔覆采用寬光斑，激光光斑尺寸為20mm×4mm，激光功率8000-15000千瓦，熔覆速度200-600mm/min;

成型完成后對(duì)構(gòu)件進(jìn)行切割、打磨、拋光處理。

說(shuō)明書(shū)

技術(shù)領(lǐng)域

[0001]本申請(qǐng)涉及錫青銅激光熔覆成型工藝的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，它涉及一種錫銅合金及錫銅合金激光熔覆工藝。

背景技術(shù)

[0002]SLM法，全稱(chēng)為選擇性激光熔化，是一種金屬增材制造技術(shù)，其利用高能激光束將金屬粉末逐層熔融疊加，最終構(gòu)建呈完整的金屬零件。然而，利用SLM法制備高致密的銅合金零件仍存在很大的挑戰(zhàn)性，其一，由于銅對(duì)紅外具有高光學(xué)反射率，從而導(dǎo)致致密部分所需得到能量成倍增加，即需要更大功率的激光器，同時(shí)較高的銅背反射也會(huì)損壞設(shè)備的光學(xué)元件。其二，銅的高本征熱導(dǎo)率使吸收的熱量迅速散失，而為了能使材料熔化，便需要輸入更多的能量。

[0003]而且，高激光反射率和高導(dǎo)熱性在激光成型過(guò)程中容易出現(xiàn)道次和層間非熔合氣孔，過(guò)高的能量輸入使熔體黏度下降，容易出現(xiàn)暴沸、球化等現(xiàn)象，造成熔池不穩(wěn)定，極易產(chǎn)生冶金缺陷，影響成型精度和質(zhì)量，降低其服役性能。

[0004]綜上，傳統(tǒng)的激光熔覆工藝仍存在能力利用率低，容易產(chǎn)生氣孔的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

[0005]為了提高激光熔覆工藝的能量利用率同時(shí)降低氣孔的產(chǎn)生，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N錫銅合金及錫銅合金激光熔覆工藝。

[0006]第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N錫銅合金，采用如下的技術(shù)方案：

一種錫銅合金，包括以下質(zhì)量百分比的原料：Sn 11%-13%、P 0.05%-2.0%、Ni0.5%-5.0%、Cr 0.5%-3.5%、稀土元素0.2-2.0%，余量為銅及不可去除的雜質(zhì)，所述稀土元素為L(zhǎng)a及Ce中一種或兩種的混合物，La、Ce及P以磷銅球形式添加，所述錫銅合金的成品粉末粒徑介于50-120μm。

[0007]優(yōu)選的，所述稀土元素為L(zhǎng)a及Ce的混合物。

[0008]優(yōu)選的，所述錫銅合金包括以下質(zhì)量百分比的原料：

Sn 11%-13%、P 0.05%-2.0%、Ni 0.5%-5.0%、Cr 0.5%-3.5%、La 0.1%-1.0%及Ce0.1-1.0%，余量為銅及不可去除的雜質(zhì)，La、Ce及P以磷銅球形式添加，所述錫銅合金的成品粉末粒徑介于50-120μm。

[0009]為了有效提高激光熔覆工藝的能量利用率，申請(qǐng)人首先考慮采用短波長(zhǎng)的綠色激光作為光源，從而提高銅的能量吸收率，但是綠光激光器的價(jià)格相對(duì)較高，從而導(dǎo)致性?xún)r(jià)比相對(duì)較低，而且精度控制較差，因此仍有完善空間。

[0010]為此，申請(qǐng)人又想到使用粒徑相對(duì)更小的粉末原料，在提高能量吸收率的同時(shí)還可以提高成型精度，但細(xì)粉的制備將導(dǎo)致氣孔率增加，進(jìn)而導(dǎo)致錫銅合金的機(jī)械性能、耐腐蝕性能及導(dǎo)電性能變差。

[0011]而為了改善使用小粒徑粉末原料而導(dǎo)致的錫銅合金氣孔率增加的缺陷，申請(qǐng)人首先想到采用PVD蒸鍍的方式對(duì)原料粉末進(jìn)行改性，從而降低錫銅合金激光成型過(guò)程中的氣孔率，但是，PVD蒸鍍工藝復(fù)雜，不利于大規(guī)模應(yīng)用。

[0012]為此，申請(qǐng)人又想到在錫銅合金粉末中引入具有降低熔體黏度作用的稀土元素和提高熔體黏度的鉻元素，采用競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制調(diào)節(jié)激光成型過(guò)程中錫青銅熔體的黏度，維持熔體穩(wěn)定，進(jìn)而促使原生氣孔的上浮排出，達(dá)到降低氣孔的目的。同時(shí)，利用稀土元素和鉻元素在銅中溶解度較低且熔點(diǎn)差距較大的特點(diǎn)，原位析出沉淀強(qiáng)化相，抑制晶粒長(zhǎng)大，進(jìn)而提高耐磨性能。

[0013]當(dāng)稀土元素為L(zhǎng)a及Ce的混合物時(shí)，由于La與Ce對(duì)氫氧的親和力較強(qiáng)，因此可以?shī)Z取錫銅金屬液中的一種氧化物的氧，從而形成大量的La2O3、Ce2O3、La(OH)3、Ce(OH)3粒子，從而使錫銅合金的宏觀(guān)組織細(xì)化。

[0014]同時(shí)，隨著La及Ce的添加，由于其合金化作用，使得錫銅合金的過(guò)冷度增大，而合金的微觀(guān)組織正是取決于生長(zhǎng)過(guò)程和生長(zhǎng)條件的過(guò)冷度，即在該條件下，錫銅合金的二次枝晶間距變小。另外，在錫銅合金相生長(zhǎng)過(guò)程中，La、Ce還將聚集于錫銅合金相周?chē)档凸桃罕砻鎻埩?，使固液面前沿成分過(guò)冷增大，進(jìn)一步促使枝晶得到細(xì)化。

[0015]而相對(duì)于單獨(dú)使用La或者Ce來(lái)說(shuō)，將La及Ce混合使用可以促使形成的La2O3、Ce2O3、La(OH)3、Ce(OH)3粒子更多，從而促使錫銅合金的宏觀(guān)組織及微觀(guān)組織更為細(xì)化，最終表現(xiàn)為獲得更低的氣孔率。

[0016]而且，當(dāng)La及Ce采用上述質(zhì)量百分比時(shí)，錫銅合金內(nèi)將形成更多的La2O3、Ce2O3、La(OH)3、Ce(OH)3粒子，從而促使錫銅合金的宏觀(guān)組織及微觀(guān)組織更為細(xì)化，最終表現(xiàn)為獲得更低的氣孔率。

[0017]優(yōu)選的，所述錫銅合金成品粉末的制備方法為：首先將銅、錫、鎳、鉻加入至真空熔煉坩堝中，采用感應(yīng)加熱的方式將金屬熔化，當(dāng)金屬液溫度達(dá)到1000-1300℃時(shí)，采用二次加料的方式向金屬液中加入磷銅及稀土元素，而后保溫5-30min，最后將金屬液倒入中間包坩堝中并將金屬液通過(guò)氣霧化制備成球形金屬粉末，最后冷卻并氣流分級(jí)，得到錫銅合金成品粉末。

[0018]當(dāng)熔煉溫度介于1000-1300℃時(shí)，錫銅合金成品粉末的收率相對(duì)更高，而由于磷元素及稀土元素容易燒損，長(zhǎng)時(shí)間的熔煉將導(dǎo)致元素的比例不好控制，因此采用二次加料的方式可以促使磷元素及稀土元素在短時(shí)間內(nèi)熔化，從而保證元素的平衡，最終獲得更為優(yōu)良的氣孔抑制效果。

[0019]優(yōu)選的，所述磷銅球的制備方法為：首先將磷銅合金加入至真空熔煉坩堝中，采用感應(yīng)加熱的方式將金屬熔化，當(dāng)金屬液溫度達(dá)到1000-1300℃后，加入La及Ce熔化混合均勻，得到磷銅熔液，而后通過(guò)連鑄機(jī)將磷銅熔液冷卻結(jié)晶成磷銅桿，再將磷銅桿依次經(jīng)過(guò)鐓球機(jī)、拋光機(jī)、清洗機(jī)和包裝機(jī)加工成磷銅球。

[0020]本申請(qǐng)中，La、Ce及P采用磷銅球的形式添加，促使磷銅球持續(xù)對(duì)La、Ce及P進(jìn)行保護(hù)，進(jìn)一步降低La、Ce及P出現(xiàn)燒損的可能性，間接促使錫銅合金獲得更低的氣孔率。

[0021]優(yōu)選的，氣霧法制備球形金屬粉末中，霧化氣體選用高純氬氣，熔煉室與氣霧室壓差小于0.3MPa，高壓霧化氣體的壓力為4-5MPa。

[0022]第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N錫銅合金激光熔覆工藝，采用如下的技術(shù)方案：

一種錫銅合金激光熔覆工藝，其采用激光熔覆的方式將上述錫銅合金的成品粉末附著于構(gòu)件上;

所述激光熔覆采用窄光斑，激光光斑直徑5mm，激光功率1500-3000千瓦，熔覆速度400-800mm/min;

成型完成后對(duì)構(gòu)件進(jìn)行切割、打磨、拋光處理。

[0023]一種錫銅合金激光熔覆工藝，其采用激光熔覆的方式將上述錫銅合金的成品粉末附著于構(gòu)件上;

所述激光熔覆采用寬光斑，激光光斑尺寸為20mm×4mm，激光功率8000-15000千瓦，熔覆速度200-600mm/min;

成型完成后對(duì)構(gòu)件進(jìn)行切割、打磨、拋光處理。

[0024]在激光熔覆方面，如激光功率過(guò)小，熔池不明顯，導(dǎo)致氣孔產(chǎn)生，但沒(méi)有足夠的時(shí)間排出氣孔，如激光功率過(guò)大，導(dǎo)致氣孔產(chǎn)生過(guò)多，無(wú)法排出。熔覆速度過(guò)慢，效率降低及稀釋率過(guò)高;熔覆速度過(guò)快，影響氣孔排出效率，導(dǎo)致氣孔產(chǎn)生。

[0025]為此，申請(qǐng)人進(jìn)行大量測(cè)試發(fā)現(xiàn)，直徑5mm光斑的設(shè)備，激光功率為1500-3000千瓦，熔覆速度400-800mm/min較為合適;20mm×4mm矩形光斑的設(shè)備，激光功率為8000-15000千瓦，熔覆速度200-600mm/min較為合適。

[0026]綜上所述，本申請(qǐng)具有以下有益效果：

1、本申請(qǐng)?jiān)阱a銅合金粉末中引入具有降低熔體黏度作用的稀土元素和提高熔體黏度的鉻元素，采用競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制調(diào)節(jié)激光成型過(guò)程中錫青銅熔體的黏度，維持熔體穩(wěn)定，進(jìn)而促使原生氣孔的上浮排出，達(dá)到降低氣孔的目的。同時(shí)，利用稀土元素和鉻元素在銅中溶解度較低且熔點(diǎn)差距較大的特點(diǎn)，原位析出沉淀強(qiáng)化相，抑制晶粒長(zhǎng)大，進(jìn)而提高耐磨性能;

同時(shí)，當(dāng)熔煉溫度介于1000-1300℃時(shí)，錫銅合金成品粉末的收率相對(duì)更高，而由于磷元素及稀土元素容易燒損，長(zhǎng)時(shí)間的熔煉將導(dǎo)致元素的比例不好控制，因此采用二次加料的方式可以促使磷元素及稀土元素在短時(shí)間內(nèi)熔化，從而保證元素的平衡，最終獲得更為優(yōu)良的氣孔抑制效果;

進(jìn)一步的，La、Ce及P采用磷銅球的形式添加，促使磷銅球持續(xù)對(duì)La、Ce及P進(jìn)行保護(hù)，進(jìn)一步降低La、Ce及P出現(xiàn)燒損的可能性，間接促使錫銅合金獲得更低的氣孔率。

[0027]2、當(dāng)稀土元素為L(zhǎng)a及Ce的混合物時(shí)，由于La與Ce對(duì)氫氧的親和力較強(qiáng)，因此可以?shī)Z取錫銅金屬液中的一種氧化物的氧，從而形成大量的La2O3、Ce2O3、La(OH)3、Ce(OH)3粒子，從而使錫銅合金的宏觀(guān)組織細(xì)化;

同時(shí)，隨著La及Ce的添加，由于其合金化作用，使得錫銅合金的過(guò)冷度增大，而合金的微觀(guān)組織正是取決于其生長(zhǎng)過(guò)程和生長(zhǎng)條件的過(guò)冷度，即在該條件下，錫銅合金的二次枝晶間距變小;

另外，在錫銅合金相生長(zhǎng)過(guò)程中，La、Ce還將聚集于錫銅合金相周?chē)?，降低固液表面張力，使固液面前沿成分過(guò)冷增大，進(jìn)一步促使枝晶得到細(xì)化。

[0028]3、在激光熔覆方面，如激光功率過(guò)小，熔池不明顯，導(dǎo)致氣孔產(chǎn)生，但沒(méi)有足夠的時(shí)間排出氣孔，如激光功率過(guò)大，導(dǎo)致氣孔產(chǎn)生過(guò)多，無(wú)法排出。熔覆速度過(guò)慢，效率降低及稀釋率過(guò)高;熔覆速度過(guò)快，影響氣孔排出效率，導(dǎo)致氣孔產(chǎn)生;

為此，申請(qǐng)人進(jìn)行大量測(cè)試發(fā)現(xiàn)，直徑5mm光斑的設(shè)備，激光功率為1500-3000千瓦，熔覆速度400-800mm/min較為合適;20mm×4mm矩形光斑的設(shè)備，激光功率為8000-15000千瓦，熔覆速度200-600mm/min較為合適。

[0029]4、本申請(qǐng)的錫銅合金對(duì)激光熔覆適應(yīng)性較好，同時(shí)激光熔覆工藝的參數(shù)窗口較寬，可有效改善設(shè)備噪聲或環(huán)境變化對(duì)涂層質(zhì)量均一性的影響，而且錫銅合金各元素環(huán)保無(wú)害，對(duì)環(huán)境更為友好。

附圖說(shuō)明

[0030]圖1是實(shí)施例1的氣孔情況圖;

圖2是對(duì)比例1的氣孔情況圖;

圖3是實(shí)施例2的氣孔情況圖;

圖4是對(duì)比例2的氣孔情況圖。

具體實(shí)施方式

[0031]以下結(jié)合圖1-圖4、實(shí)施例1-實(shí)施例9和對(duì)比例1-對(duì)比例2對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

[0032]原料：

[0033]Cu紫銅、P-Cu磷銅、Sn錫、Ni鎳、Cr鉻、La鑭及Ce鈰均為常規(guī)市售。

[0034]實(shí)施例1

[0035]一種錫銅合金，包括以下質(zhì)量百分比的原料：Sn 12.0%、P 1.0%、Ni 2.0%、Cr1.0%、La0.3%、Ce0.3%，余量為銅及不可去除的雜質(zhì);

錫銅合金成品粉末的制備方法為：首先將78.9kg紫銅、12kg錫、2kg鎳、1kg鉻加入至真空熔煉坩堝中，抽真空至10Pa，采用中頻感應(yīng)熔煉，熔煉功率150千瓦，熔煉90min后，金屬全部熔化，金屬液溫度采用紅外雙比色測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)量;

當(dāng)熔液溫度達(dá)到1150℃后，采用二次加料的方式向金屬液中加入磷銅球，而后保溫15min，待金屬液澄清后，將金屬液倒入中間包坩堝中，中間包溫度1000℃，同時(shí)開(kāi)啟高壓氣體進(jìn)行霧化，將金屬液霧化成球形金屬液滴并快速冷卻凝固，待完全冷卻后，將粉末進(jìn)行氣流分級(jí)，選出粒徑為50-120μm的部分，即為錫銅合金成品粉末;

氣霧法制備球形金屬粉末中，霧化氣體選用高純氬氣，熔煉室與氣霧室壓差小于0.3MPa，高壓霧化氣體的壓力為5MPa。

[0036]其中，磷銅球由磷銅、鑭及鈰構(gòu)成，含量為：磷銅5.5kg，鑭0.3kg，鈰0.3kg;

磷銅球的制備方法為：

首先將磷銅合金加入至真空熔煉坩堝中，采用感應(yīng)加熱的方式將金屬熔化，當(dāng)金屬液溫度達(dá)到1150℃后，加入鑭及鈰熔化混合均勻，得到磷銅熔液，而后通過(guò)連鑄機(jī)將磷銅熔液冷卻結(jié)晶成磷銅桿，再將磷銅桿依次經(jīng)過(guò)鐓球機(jī)、拋光機(jī)、清洗機(jī)和包裝機(jī)加工成磷銅球。

[0037]一種錫銅合金激光熔覆工藝，其采用激光熔覆的方式將上述錫銅合金的成品粉末附著于構(gòu)件上;

激光熔覆采用窄光斑，激光光斑直徑5mm，激光功率2100千瓦，熔覆速度600mm/min;

成型完成后對(duì)構(gòu)件進(jìn)行切割、打磨、拋光處理。

[0038]實(shí)施例2

[0039]一種錫銅合金，包括以下質(zhì)量百分比的原料：Sn 12.0%、P 1.0%、Ni 2.0%、Cr1.5%、La0.5%、Ce0.5%，余量為銅及不可去除的雜質(zhì);

錫銅合金成品粉末的制備方法為：首先將78kg紫銅、12kg錫、2kg鎳、1.5kg鉻加入至真空熔煉坩堝中，抽真空至10Pa，采用中頻感應(yīng)熔煉，熔煉功率150千瓦，熔煉90min后，金屬全部熔化，金屬液溫度采用紅外雙比色測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)量;

當(dāng)熔液溫度達(dá)到1150℃后，采用二次加料的方式向金屬液中加入磷銅球，而后保溫15min，待金屬液澄清后，將金屬液倒入中間包坩堝中，中間包溫度1000℃，同時(shí)開(kāi)啟高壓氣體進(jìn)行霧化，將金屬液霧化成球形金屬液滴并快速冷卻凝固，待完全冷卻后，將粉末進(jìn)行氣流分級(jí)，選出粒徑為50-120μm的部分，即為錫銅合金成品粉末;

其中，磷銅球由磷銅、鑭及鈰構(gòu)成，含量為：磷銅5.5kg，鑭0.5kg，鈰0.5kg;

磷銅球的制備方法為：

首先將磷銅合金加入至真空熔煉坩堝中，采用感應(yīng)加熱的方式將金屬熔化，當(dāng)金屬液溫度達(dá)到1150℃后，加入鑭及鈰熔化混合均勻，得到磷銅熔液，而后通過(guò)連鑄機(jī)將磷銅熔液冷卻結(jié)晶成磷銅桿，再將磷銅桿依次經(jīng)過(guò)鐓球機(jī)、拋光機(jī)、清洗機(jī)和包裝機(jī)加工成磷銅球。

[0040]一種錫銅合金激光熔覆工藝，其采用激光熔覆的方式將上述錫銅合金的成品粉末附著于構(gòu)件上;

激光熔覆采用寬光斑，激光光斑尺寸20mm×4mm，激光功率8500千瓦，熔覆速度400mm/min;

成型完成后對(duì)構(gòu)件進(jìn)行切割、打磨、拋光處理。

[0041]實(shí)施例3

[0042]與實(shí)施例1的不同之處在于，磷銅球?yàn)橹苯犹砑?，不再進(jìn)行二次添加處理。

[0043]實(shí)施例4

[0044]與實(shí)施例1的不同之處在于，磷銅、鑭及鈰為直接添加，不再進(jìn)行磷銅球處理。

[0045]實(shí)施例5

[0046]與實(shí)施例4的不同之處在于，不再添加鑭，缺失部分用銅補(bǔ)足。

[0047]實(shí)施例6

[0048]與實(shí)施例4的不同之處在于，不再添加鈰，缺失部分用銅補(bǔ)足。

[0049]實(shí)施例7-實(shí)施例8

[0050]與實(shí)施例4的不同之處在于，鑭及鈰的質(zhì)量百分比有所不同，具體如表1所示。

[0051]表1 實(shí)施例4及實(shí)施例7-實(shí)施例8的稀土元素各組分質(zhì)量百分比表

[0052]實(shí)施例9

[0053]與實(shí)施例4的不同之處在于，不再添加稀土元素鑭及鈰。

[0054]對(duì)比例1

[0055]與實(shí)施例1的不同之處在于，錫銅合金中不再添加Cr、La及Ce，缺失部分用銅補(bǔ)足。

[0056]對(duì)比例2

[0057]與實(shí)施例2的不同之處在于，錫銅合金中不再添加Cr、La及Ce，缺失部分用銅補(bǔ)足。

[0058]性能檢測(cè)試驗(yàn)

[0059]錫銅合金孔隙率測(cè)試

從實(shí)施例1-實(shí)施例9及對(duì)比例1-對(duì)比例2中分別取出三份樣品，隨后參照ASTMB276-05(2015)《硬質(zhì)合金表觀(guān)孔隙率的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》對(duì)上述樣品的孔隙率進(jìn)行測(cè)試并取平均值。

[0060]檢測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。

[0061]表2 實(shí)施例1-實(shí)施例9及對(duì)比例1-對(duì)比例2的檢測(cè)數(shù)據(jù)表

[0062]為了有效提高激光熔覆工藝的能量利用率，申請(qǐng)人首先考慮采用短波長(zhǎng)的綠色激光作為光源，從而提高銅的能量吸收率，但是綠光激光器的價(jià)格相對(duì)較高，從而導(dǎo)致性?xún)r(jià)比相對(duì)較低，而且精度控制較差，因此仍有完善空間。

[0063]為此，申請(qǐng)人又想到使用粒徑相對(duì)更小的粉末原料，在提高能量吸收率的同時(shí)還可以提高成型精度，但細(xì)粉的制備將導(dǎo)致氣孔率增加，進(jìn)而導(dǎo)致錫銅合金的機(jī)械性能、耐腐蝕性能及導(dǎo)電性能變差。

[0064]而為了改善使用小粒徑粉末原料而導(dǎo)致的錫銅合金氣孔率增加的缺陷，申請(qǐng)人首先想到采用PVD蒸鍍的方式對(duì)原料粉末進(jìn)行改性，從而降低錫銅合金激光成型過(guò)程中的氣孔率，但是，PVD蒸鍍工藝復(fù)雜，不利于大規(guī)模應(yīng)用。

[0065]而在錫銅合金粉末中引入具有降低熔體黏度作用的稀土元素和提高熔體黏度的鉻元素，采用競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制調(diào)節(jié)激光成型過(guò)程中錫青銅熔體的黏度，維持熔體穩(wěn)定，進(jìn)而促使原生氣孔的上浮排出，達(dá)到降低氣孔的目的。同時(shí)，利用稀土元素和鉻元素在銅中溶解度較低且熔點(diǎn)差距較大的特點(diǎn)，原位析出沉淀強(qiáng)化相，抑制晶粒長(zhǎng)大。

[0066]具體的，參照實(shí)施例1-實(shí)施例2、對(duì)比例1-對(duì)比例2及表2并結(jié)合圖1-圖2可以看出，相對(duì)于對(duì)比例1-對(duì)比例2來(lái)說(shuō)，實(shí)施例1-實(shí)施例2的孔隙率均顯著降低，由此說(shuō)明，Cr、La及Ce的添加可以有效減少錫銅合金中的氣泡產(chǎn)生。

[0067]另外，在激光熔覆方面，如激光功率過(guò)小，熔池不明顯，導(dǎo)致氣孔產(chǎn)生，但沒(méi)有足夠的時(shí)間排出氣孔，如激光功率過(guò)大，導(dǎo)致氣孔產(chǎn)生過(guò)多，無(wú)法排出。熔覆速度過(guò)慢，效率降低及稀釋率過(guò)高;熔覆速度過(guò)快，影響氣孔排出效率，導(dǎo)致氣孔產(chǎn)生。

[0068]為此，申請(qǐng)人進(jìn)行大量測(cè)試發(fā)現(xiàn)，直徑5mm光斑的設(shè)備，激光功率為1500-3000千瓦，熔覆速度400-800mm/min較為合適;20mm×4mm矩形光斑的設(shè)備，激光功率為8000-15000千瓦，熔覆速度200-600mm/min較為合適。

[0069]參照實(shí)施例1及實(shí)施例3并結(jié)合表2可以看出，相對(duì)于實(shí)施例1來(lái)說(shuō)，實(shí)施例3的孔隙率明顯有所提升，由此說(shuō)明，相對(duì)于直接添加磷銅球來(lái)說(shuō)，將磷銅球進(jìn)行二次添加處理可以進(jìn)一步減少錫銅合金中氣孔的產(chǎn)生。

[0070]究其原因在于，當(dāng)熔煉溫度介于1000-1300℃時(shí)，錫銅合金成品粉末的收率相對(duì)更高，而由于磷元素及稀土元素容易燒損，長(zhǎng)時(shí)間的熔煉將導(dǎo)致元素的比例不好控制，因此采用二次加料的方式可以促使磷元素及稀土元素在短時(shí)間內(nèi)熔化，從而保證元素的平衡，最終獲得更為優(yōu)良的氣孔抑制效果。

[0071]參照實(shí)施例1及實(shí)施例4并結(jié)合表2可以看出，相對(duì)于實(shí)施例1來(lái)說(shuō)，實(shí)施例4的孔隙率明顯有所提升，由此說(shuō)明，將La、Ce及P采用磷銅球的形式添加可以進(jìn)一步減少錫銅合金中氣孔的產(chǎn)生。

[0072]究其原因在于，當(dāng)La、Ce及P采用磷銅球的形式添加時(shí)，磷銅球?qū)⒊掷m(xù)對(duì)La、Ce及P進(jìn)行保護(hù)，有效降低La、Ce及P出現(xiàn)燒損的可能性，間接促使錫銅合金獲得更低的氣孔率。

[0073]參照實(shí)施例4-實(shí)施例6并結(jié)合表2可以看出，相對(duì)于實(shí)施例4來(lái)說(shuō)，實(shí)施例5-實(shí)施例6具有相對(duì)更高的孔隙率，由此說(shuō)明，相對(duì)于單獨(dú)使用鑭或者鈰來(lái)說(shuō)，將鑭及鈰配合使用時(shí)，制備得到的錫銅合金將具有更低的孔隙率。

[0074]究其原因在于，當(dāng)稀土元素為L(zhǎng)a及Ce的混合物時(shí)，由于La與Ce對(duì)氫氧的親和力較強(qiáng)，因此可以?shī)Z取錫銅金屬液中的一種氧化物的氧，從而形成大量的La2O3、Ce2O3、La(OH)3、Ce(OH)3粒子，從而使錫銅合金的宏觀(guān)組織細(xì)化。

[0075]同時(shí)，隨著La及Ce的添加，由于其合金化作用，使得錫銅合金的過(guò)冷度增大，而合金的微觀(guān)組織正是取決于生長(zhǎng)過(guò)程和生長(zhǎng)條件的過(guò)冷度，即在該條件下，錫銅合金的二次枝晶間距變小。另外，在錫銅合金相生長(zhǎng)過(guò)程中，La、Ce還將聚集于錫銅合金相周?chē)?，降低固液表面張力，使固液面前沿成分過(guò)冷增大，進(jìn)一步促使枝晶得到細(xì)化。

[0076]而相對(duì)于單獨(dú)使用La或者Ce來(lái)說(shuō)，將La及Ce混合使用可以促使形成的La2O3、Ce2O3、La(OH)3、Ce(OH)3粒子更多，從而促使錫銅合金的宏觀(guān)組織及微觀(guān)組織更為細(xì)化，最終表現(xiàn)為獲得更低的氣孔率。

[0077]參照實(shí)施例4及實(shí)施例7-實(shí)施例8并結(jié)合表2可以看出，相對(duì)于實(shí)施例4來(lái)說(shuō)，實(shí)施例7-實(shí)施例8的孔隙率明顯有所提升，由此說(shuō)明，鑭及鈰采用實(shí)施例4的質(zhì)量百分比時(shí)，制備得到的錫銅合金將具有更低的孔隙率。

[0078]究其原因可能在于，當(dāng)La及Ce采用上述質(zhì)量百分比時(shí)，錫銅合金內(nèi)將形成更多的La2O3、Ce2O3、La(OH)3、Ce(OH)3粒子，從而促使錫銅合金的宏觀(guān)組織及微觀(guān)組織更為細(xì)化，最終表現(xiàn)為獲得更低的氣孔率。

[0079]參照實(shí)施例4及實(shí)施例9并結(jié)合表2可以看出，相對(duì)于實(shí)施例4來(lái)說(shuō)，實(shí)施例9的孔隙率明顯有所提升，由此進(jìn)一步說(shuō)明，鑭及鈰的添加可以有效降低錫銅合金的孔隙率。

[0080]本具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本申請(qǐng)的解釋?zhuān)洳⒉皇菍?duì)本申請(qǐng)的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀完本說(shuō)明書(shū)后可以根據(jù)需要對(duì)本實(shí)施例做出沒(méi)有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)的修改，但只要在本申請(qǐng)的權(quán)利要求范圍內(nèi)都受到專(zhuān)利法的保護(hù)。

說(shuō)明書(shū)附圖(4)