[发明专利]基于选区激光成型的梯度功能钨铜材料电触头及制备方法

权利要求书

1.基于选区激光成型的梯度功能钨铜材料电触头的制备方法，其特征在于，电触头包括钨合金骨架，钨合金骨架包括底座和铜合金杆(1)，铜合金杆(1)固定在底座上，底座的下层为小三角形拼成的网状结构(2)，网状结构(2)的孔隙率为30％～40％，网状结构(2)最下部为致密结构，网状结构(2)的底部设置有一个中空的凹槽(3)，底座的上层为随高度增加孔隙率呈梯度下降的空心蜂窝状结构(4)，空心蜂窝状结构底部孔隙率为30％～40％，顶部孔隙率为20％～25％；

网状结构(2)和空心蜂窝状结构(4)内均填充有铜合金溶液；

制备方法包括以下步骤：

步骤一，通过选区激光成型来制备钨合金骨架；通过凝胶注膜工艺制备耐高温的陶瓷模具，陶瓷模具的内壁与钨合金骨架大小相同；

步骤二，将陶瓷模具固定在钨合金骨架的上层；

步骤三，高温真空下加热制备熔融态铜合金；

步骤四，将制备的铜合金溶液在真空环境中经陶瓷模具中的陶瓷管渗入到钨合金骨架中，并充满钨合金骨架的网状结构(2)和空心蜂窝状结构(4)中；

步骤五，控制冷却温度使铜合金定向凝固，得到单方向生长的定向晶；

步骤六，将陶瓷模具去除，最终得到铜钨电触头。

2.根据权利要求1所述的基于选区激光成型的梯度功能钨铜材料电触头的制备方法，其特征在于，钨合金骨架中铜合金的含量占总体百分比的0％～40％。

3.根据权利要求1所述的基于选区激光成型的梯度功能钨铜材料电触头的制备方法，其特征在于，步骤一中，钨合金骨架的制作方法如下：

第一步，用UG建立钨骨架模型，然后将所建模型导出为STL格式，再将其导入分层软件Magics中切片，生成SLC文件；

第二步，将SLC文件导入到激光金属3D打印机，通过激光选区烧结钨合金粉末来制备具有梯度致密度的钨合金骨架，打印材料为球形钨合金粉末。

4.根据权利要求3所述的基于选区激光成型的梯度功能钨铜材料电触头的制备方法，其特征在于，球形钨合金粉末在庚烷中球磨24h，粒径为5μm～25μm，打印机激光头功率为200W～300W，打印层厚为25μm～50μm，打印速度为50mm/s～500mm/s。

5.根据权利要求1所述的基于选区激光成型的梯度功能钨铜材料电触头的制备方法，其特征在于，耐高温的陶瓷模具的制备方法如下：

在真空环境中将配好的石英陶瓷浆料通过凝胶注膜工艺注入到模具中，将浇筑完成的零件放入冷冻干燥机中，然后使用液氮冷冻后将树脂模具脱离，得到浇筑铜合金熔液所需的高温陶瓷模具。

6.根据权利要求1所述的基于选区激光成型的梯度功能钨铜材料电触头的制备方法，其特征在于，熔融态铜合金的制备方法如下：

在即将融化的铜粉中加入质量比为铜粉0.1％～1.5％的Ni粉、Co粉或Fe粉，球磨均匀后，然后将混合粉末在1200℃～1400℃下融化，得到铜合金熔液。

7.根据权利要求1所述的基于选区激光成型的梯度功能钨铜材料电触头的制备方法，其特征在于，步骤四中，使用设备为LMC冷却真空定向凝固炉，在真空度为0.08MPa，炉内温度为1200℃～1400℃，氩气气氛下，将铜合金熔液通过陶瓷管上方的浇口浇筑到钨合金骨架中的网状结构(2)和空心蜂窝状结构(4)中，并充满空腔。

8.根据权利要求1所述的基于选区激光成型的梯度功能钨铜材料电触头的制备方法，其特征在于，步骤五中，在LMC冷却真空定向凝固炉中，氩气气氛下，控制LMC冷却真空定向凝固炉的真空度为0.08MPa，炉内温度为1200℃～1400℃，冷却环冷却机理为水冷，温度为50℃～100℃，将电触头从下往上逐渐通过冷却环，抽拉速度为3～5mm/min，使铜合金定向凝固，得到柱状晶的铜合金。