一种钨铜及钼铜合金异形件的成型方法与流程

本发明涉及高比重难熔金属加工成型，具体的说是一种钨铜及钼铜合金异形件的成型方法。

背景技术：

1、钨铜及钼铜合金具有高密度、高强度、高延展性、高射线吸收能力、良好的韧性和低的热膨胀系数等优点，因此在电力电子、航空航天、国防军工、核工业和民用工业中应用非常广泛。钨铜及钼铜合金零部件一般采用传统的粉末冶金高温烧结钨骨架再渗铜工艺制备块状材料，再进行后续复杂的机械加工技术成形部件。该技术对于室温脆性较大的钨铜及钼铜合金来说存在成形较为困难、工艺周期较长、成型成本高昂、材料利用率较低及对设备要求较高等问题，且采用常规的粉末冶金工艺制备钨铜及钼铜合金，难以控制钨骨架及钼骨架烧结产品中孔隙尺寸的一致性及孔隙分布均匀性，使得进行渗铜处理后的钨铜及钼铜合金的材料成分具有极大的不确定性和分布不均匀性。此外，钨骨架及钼骨架的部分孔隙会在烧结过程中内部形成闭孔，在进行铜熔渗处理时，这部分闭孔不能被铜液填充，从而在钨铜及钼铜合金内部成为材料内部缺陷降低导热性和其它性能。

2、而金属的激光3d打印技术(slm)作为当今较为热门的一种新型零部件近净成形技术，因其更适合制造几何形状复杂、组织结构均匀、高性能零部件的优势,引起了广泛关注并得到快速发展和应用。但是，激光3d打印制造技术对原料金属粉末要求较高，需要金属粉末具有良好的球形度、一定的粒径分布、良好的流动性和较高的松装密度；且现有激光3d打印技术(slm)打印钨或钼异形件需要连同基板一起进行退火处理消除热应力等缺陷再进行烧结渗铜，增加了工艺流程和繁杂的操作，如发明专利cn113523300a。

3、渗铜工艺是指通过加热粉末冶金骨架及渗铜剂，使渗铜剂熔化，液相铜通过毛细力的作用，吸收填充到骨架孔隙中的过程。现有渗铜工艺方案主要包括：埋渗法和浸渗法，实践证明目前的埋渗法渗铜一般用于电力电工行业用材料的生产，但存在渗铜产品渗铜率低，渗铜均匀性较差，难以制备复杂形状的产品等劣势；而浸渗法渗铜需要专用的渗铜设备，渗铜周期长，生产成本较高，且产品合格率较低。

4、因此，为获得具有复杂形状和结构的，且性能优异的钨铜/钼铜合金的异形件，克服现有技术以上不足迫在眉睫。

技术实现思路

1、本发明为克服现有技术的不足，提供一种钨铜及钼铜合金异形件的成型方法，采用更加经济且更易获得的普通钨粉或钼粉进行表面接枝改性，使粉末表面具有优异的流动性，通过三维建模构建钨铜及钼铜合金异形件的复杂结构，并采用激光3d打印技术打印多孔结构的钨骨架或钼骨架，利用多孔结构的毛细作用力，铜液通过渗铜管道充满钨骨架或钼骨架，最终得到满足复杂形状，尺寸稳定，性能优异，高精度的钨铜及钼铜合金异形件。

2、为实现上述目的，设计一种钨铜及钼铜合金异形件的成型方法，其特征在于：具体步骤如下：

3、步骤一，三维建模：按照钨铜及钼铜合金异形件图纸技术要求，预先建模该钨骨架或钼骨架件的数字三维模型，并设置激光打印扫描策略；

4、步骤二，选料并改性：将普通钨粉或钼粉作为原料并进行改性处理；

5、步骤三，3d打印骨架：把改性后的钨粉或钼粉置入粉体仓，三维模型导入打印程序，通过激光选区熔化成形激光3d打印设备制造具有多孔结构的钨骨架或钼骨架构件及铜料池连接口，依据钨铜或钼铜合金中铜的10～75％体积分数，确定钨骨架或钼骨架构件的孔隙率，数字打印构件模型及打印工艺参数；

6、步骤四，取样并清洁：3d打印结束后，通过线切割将钨骨架或钼骨架构件从基板上取下并超声波清洗5～30分钟，然后冷风吹干；

7、步骤五，渗铜处理：氢气气氛下，采用埋渗法渗铜工艺，将钨骨架或钼骨架异形件置入填料粉中进行渗铜处理，一端与铜料池连接口相连，铜料为铜粉或者铜块或者铜丝，在900～1600℃条件下，通过毛细作用使熔化的铜液进入钨骨架或钼骨架构件各多孔区域至饱和，渗铜时间0.5～5h，而后冷却凝固保留在预留的孔隙中得到钨铜合金异形件；

8、步骤六，后处理：将渗铜处理的钨骨架或钼骨架构件去除支撑，经喷砂、局部打磨处理，即为最终获得钨铜及钼铜合金异形件。

9、所述的普通钨粉或者钼粉的粒径为2～50um。

10、所述的打印工艺参数设置如下：设置激光选区熔化成形激光3d打印设备的使用功率范围80～1000w，3d打印层厚范围10～50um，光斑直径20～100um，扫描速度200～1200mm/s。

11、所述的激光打印扫描策略采用条状加工策略，设置条状距离为7～12mm，扫描间距为0.07～0.14mm，增量角为67°。

12、所述的改性处理的步骤为：

13、s1，改性液配制：取质量分数80～90wt.％的乙醇溶液50～150份、去离子水350～450份、0.05～10份的表面接枝剂、0.05～1份的催化剂、0.05～5份的润湿剂、0.05～5份的分散剂、0.05～3份的附着力促进剂、0.005～0.05份的ph调节剂依次置入球磨搅拌罐中进行球磨搅拌分散及接枝改性反应，反应温度为50～80℃，搅拌速率设置200～600rpm/min，搅拌时间0.5～5h；

14、s2，粉末改性：按照质量比1～20:1分别取普通钨粉或钼粉和改性液，将改性液引入球磨搅拌罐，搅拌状态下，将普通钨粉或钼粉缓慢引入改性液中，搅拌速率设置200～800rpm/min，改性温度设置为10～150℃，并持续搅拌2～6h；

15、s3，粉末干燥：将以上改性粉体均匀的放入物料盘，物料盘置入真空干燥箱中，真空度设置为0.1mpa，干燥温度设置为80～180℃，干燥时间为0.5～5h，即得具有优异流动性的改性钨或钼粉末。

16、所述的表面接枝剂为硅烷，优选含有c1～c4烷氧基官能团，具有环氧官能团的二甲基或三甲基或二乙基或三乙基聚硅氧烷及其混合物。

17、所述的表面接枝剂为硅烷，优选直接添加的环氧基官能化的低聚硅氧烷。

18、所述的催化剂为有机酸或无机酸，优选甲酸、乙酸，植酸、磷酸、盐酸及其任意混合物。

19、所述的催化剂为有机酸或无机酸，优选磷酸纳米溶液，溶液ph为1～2，其中磷酸纳米溶液中含有高纯纳米三氧化钨溶胶，纳米三氧化钨纯度＞99.99％，粒度为20～200nm，三氧化钨含量为0.005～0.5wt.％。

20、所述的润湿剂为多元醇或硅氧烷或磺酸盐或聚醚，优选阴离子型有机硅，多元醇及其混合物。

21、所述的润湿剂为多元醇或硅氧烷或磺酸盐或聚醚，优选阴离子型有机硅氧烷的二丙二醇混合物，其中比例为1：1～1：10。

22、所述的分散剂为聚乙二醇，优选peg400。

23、所述的附着力促进剂为螯合的酸性钛酸酯，优选乳酸螯合的钛酸四丁酯或柠檬酸螯合的钛酸四丁酯，ph为2～3，钛含量2～2.5％。

24、所述的ph调节剂为碱金属和/或碱土金属的氢氧化物和/或碳酸盐化合物，优选氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂，更优选氢氧化钠、碳酸钠、碳酸锂及其任意混合物。

25、本发明同现有技术相比，提供一种钨铜及钼铜合金异形件的成型方法，采用更加经济且更易获得的普通钨粉进行表面接枝改性，使粉末表面具有优异的流动性，通过三维建模构建钨铜及钼铜合金异形件的复杂结构，并采用激光3d打印技术打印多孔结构的钨骨架或钼骨架，利用多孔结构的毛细作用力，铜液通过渗铜管道充满钨骨架或钼骨架，最终得到满足复杂形状，尺寸稳定，性能优异，高精度的钨铜及钼铜合金异形件。