3D打印CuCrZr性能“大揭秘”

——强度、导热、导电，一个都不能少

CuCr1Zr（UNS:C18150；EN:CW106C；GB/T41882）是一种高性能的铬锆铜合金，它通过在铜基体中添加铬（Cr）和锆（Zr）等元素，实现了高强度、高导电导热性、优良的耐磨性及抗高温软化能力的平衡，在航空航天、核工业、电子电器、工业模具、新能源等行业具有极大的应用需求。另一方面，3D打印技术的日臻完善为合金的应用增加了和潜在的应用前景，其中，该合金的激光粉末床熔融（SLM）技术是一个重要的应用技术方向。近期，亚洲新材料（北京）有限公司（以下简称“亚洲新材”）团队对粉末——SLM成形进行了全流程性能验证。

1.粉末性能

CuCrZr粉末制备的一大难点在于合金成分的控制，尤其是锆（Zr）元素的控制。经过专项公关，攻克了Zr元素的控制难题，除了常规CuCr1Zr（Zr含量0.03%-0.3%）产品之外，还推出了高Zr含量的产品（Zr含量0.3%-0.6%），旨在满足不同客户的终端需求。同时，粉末的Fe、Si、O等杂质元素保持了较低的含量，保证了合金具备良好的导热、导电性能。同时，粉末的空心粉率也维持在极低的水平。

经过优化后的粉末，适用于粘接剂成形（BJ）、粉末注射成型（MIM）、激光粉末床熔融（SLM）、电子束粉末床熔融（EBM）、激光熔覆（LC）等多个技术领域。

图1 CuCrZr成分检测报告

图2 空心粉检测报告

MIM/BJ         SLM           EBM             LC

图3 CuCr1Zr的应用领域与粒度分布

2.打印件性能

CuCr1Zr合金粉末的SLM成形方式主要有两种，一种是红光设备成形，一种是绿光设备成形。本研究侧重于合金在红光领域的成形性能探究，研究发现打印件的致密度可以达到99.9%以上，电导率在23.2%IACS~24.4%IACS之间。

图4 打印态金相照片（左）；电导率与能量密度的关系（右）

3.热处理性能

CuCr1Zr合金的热处理思路有两种，一种侧重改善合金的导热导电性能，另一种侧重改善合金的力学性能。本研究采用第二种热处理策略后，发现不管是水平方向，还是构建方向，合金保持了较高强度的同时，保持20%以上的延伸率，材料发生了明显的颈缩，此外电导率还保持了76%IACS、导热系数达到325~340W/(m*K)的水平，且产品均一性良好，充分实现了力学性能与物理性能的良好结合。

图5 镶嵌试样（左）；室温拉伸样品与高温拉伸样品（右）

表1 CuCr1Zr的力学性能

图6 CuCr1Zr的导热性能（25℃）

4.高温服役性能

为了探寻CuCr1Zr接服役状态的高温性能，探寻了其接近极限使用温度——500℃的拉伸性能。合金在空气环境中，加热2小时到500℃后，保温30分钟，合金仍然表现出了优异的力学性能，不但保持了高强度，还显示出了超过10%的延伸率。因此根据以上数据，有理由推断，CuCr1Zr在室温至500℃范围内均有良好的性能以适配客户要求。如果您关注更高使用温度下的服役性能，建议查看亚洲新材另一款王牌产品——CuCrNb-42。