CuCrZr是一種沉淀硬化銅合金，與大多數(shù)銅基合金相比，它在高溫下也具有較高的強度、高耐磨性和高抗回火性的特點，且具有良好的鑄造性、切削加工性、優(yōu)異的力學(xué)性能和優(yōu)良的熱導(dǎo)率，被廣泛應(yīng)用于集成電路引線框架、高鐵接觸線、航空航天散熱部件、火箭發(fā)動機和核聚變反應(yīng)堆燃燒室、等離子體部件的主要候選散熱器等。
傳統(tǒng)CuCrZr合金的生產(chǎn)主要采用鑄造法制備，隨著工業(yè)對復(fù)雜結(jié)構(gòu)功能部件的需求，傳統(tǒng)制造工藝很難制備具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的CuCrZr部件。增材制造技術(shù)具有設(shè)計自由度高、后處理復(fù)雜度低、生產(chǎn)幾何形狀自由度大等優(yōu)點，已成為現(xiàn)代工業(yè)制造的主體技術(shù)，受到了人們的廣泛關(guān)注。以下是CuCrZr合金材料在增材制造領(lǐng)域的相關(guān)研究。
1、使用激光粉末床熔融技術(shù)制造CuCrZr合金在增材制造技術(shù)中，激光粉末床熔融(LPBF)或稱為選擇性激光熔化(SLM)是一種有效的方法，能夠通過一個步驟為整體的不同部分構(gòu)建復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，例如國際熱核實驗反應(yīng)堆(ITER)部件、中壓斷路器和液體火箭發(fā)動機部件。LPBF使用激光束在選定區(qū)域熔化金屬粉末，因此LPBF工藝高度依賴于配備的大功率激光器。然而，純銅及銅合金易反射近紅外激光照射并顯著耗散激光能量，因此對銅合金進行LPBF工藝具有很高的挑戰(zhàn)性。
實驗人員在LPBF工藝中采用了短波長激光(515nm)，制成樣品的相對密度為98.07%，且表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能，極限拉伸強度(UTS)為447±13MPa，屈服強度(YS)為400±11MPa，總斷裂伸長率(EL)為10±3%，維氏硬度為130±15HV，但電性能較差，為30±1%IACS（國際退火銅標準）。為提高樣品性能，后通過在500℃sheshidu下進行1h的直接時效處理，獲得了優(yōu)異的力學(xué)性能（UTS=566±18MPa，YS=487±13MPa，EL=15±1%，維氏硬度=161±15HV），同時保持了良好的電導(dǎo)率（64±3%IACS）。
許多研究者對SLM成形的CuCrZr合金進行研究，包括工藝參數(shù)和熱處理對組織和性能的影響。Ma等通過優(yōu)化工藝參數(shù)，通過SLM成形獲得了接近全致密的CuCrZr試樣，發(fā)現(xiàn)其伸長率與強度相當(dāng)?shù)淖冃毋~合金相比提高67.7%；Wallis等研究了熱處理對SLM成形的CuCrZr合金的組織、熱學(xué)和力學(xué)性能的影響，指出較高的時效處理溫度有利于獲得較高的熱導(dǎo)率。直接時效硬化處理后，由于析出相的形成，室溫極限拉伸強度從287MPa提高到466MPa，但延伸率有所下降；管某等研究了工藝參數(shù)和熱處理對SLM制備CuCrZr合金性能的影響，優(yōu)化后相對密度可達97.65%，強度為267MPa，隨著時效處理溫度的升高，電導(dǎo)率增大，但強度的變化卻呈現(xiàn)相反的趨勢。也有實驗研究了不同掃描參數(shù)下SLM制備CuCrZr的組織和力學(xué)性能演變情況，通過優(yōu)化掃描參數(shù)獲得了相對致密度較高(99.5±0.3%)的CuCrZr試樣，并且與其他SLM制備的試樣相比，其強度為280±6 MPa，延展性最高可達23.4±0.4%。
2、通過電子束熔化開發(fā)CuCrZr合金
電子束熔化（EBM)技術(shù)在加工銅合金時具有優(yōu)勢，它避免了與銅基材料的高熱導(dǎo)率和反射率相關(guān)的問題，并采用在高真空下工作，防止其氧化。EBM增材制造在成形零件時始終使基體處于高溫狀態(tài)，這種特殊的熱處理過程類似于時效處理，成功原位生成了具有納米Cr相的CuCrZr合金。試件表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能，其中最高伸長率、極限拉伸強度和電導(dǎo)率分別為32.1%、257.7MPa和70.6±1.4%IACS，實驗證明了通過EBM技術(shù)獲得幾乎完全致密的CuCrZr合金部件（高達99.8%）的可行性。
3、電弧增材制造CuCrZr合金
在各種AM技術(shù)中，電弧增材制造(WAAM)是一種很有前途的直接能量沉積技術(shù)，它使用電弧作為熱源，以金屬絲為原材料，實現(xiàn)逐層沉積，具有沉積效率高、成本效益高、對環(huán)境影響小等優(yōu)點，特別適合制造中大型金屬部件。有實驗采用WAAM技術(shù)成功制備了CuCrZr合金，并研究了不同熱處理工藝對合金組織、力學(xué)性能、電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率的影響。結(jié)果顯示：使用固溶退火+時效硬化（SAAH）處理的試件Cr元素分布均勻，沒有粗大的Cr沉淀物，其極限抗拉強度為301±5MPa，最高硬度為119.5±2.4HV，電導(dǎo)率為45.8±0.1MS/m，熱導(dǎo)率為309.2±2.0W/mK。這種優(yōu)異的性能可以歸因于SAAH試樣中最小的晶格畸變和均勻細小的Cr沉淀的結(jié)合。
結(jié) 語
人們投入了大量精力，研究通過增材制造技術(shù)加工Cu合金的可行性，這些研究涉及生成高密度部件和優(yōu)化材料性能，通過不斷調(diào)整技術(shù)參數(shù)，從而實現(xiàn)與傳統(tǒng)制造部件相比更優(yōu)異的部件性能。到目前為止，大多數(shù)研究人員都集中研究了室溫下AM成型的CuCrZr合金的機械、電學(xué)和熱學(xué)性能。由于CuCrZr合金組件的環(huán)境極端，未來需要進行許多實驗研究，例如蠕變試驗、疲勞試驗、高溫?zé)岷屠煸囼灥?，使其滿足更多行業(yè)的實際應(yīng)用。