用於減少空心粉的3D列印用金屬粉末材料的製備方法與流程
2023-06-03 07:19:56 1
本發明屬於3D列印技術領域，涉及一種3D列印金屬粉末的製備方法，尤其涉及一種用於減少空心粉的3D列印用金屬粉末材料的製備方法。
背景技術：
新興的3D列印技術越來越受人們的關注，其應用領域非常廣泛，包括：航空航天、模具、醫療、時裝、文化、創意設計、建築等多個不同行業。隨著科技日新月異的發展，製造業的標準也越來越高，對零部件精度的要求更精益求精，在航空航天領域，對零部件的精度要求尤為明顯。精度要求高就需要操作者必須要有豐富的經驗和較高的操作水準，尤其某些零部件含有一些內流管道，傳統方法中除了鑄造，沒有別的更好的方法來實現。而3D列印的精度遠遠超過傳統製造工藝，能夠列印具有複雜結構的零部件，這都是傳統製造工藝所達不到的，並且3D列印保證高精度的同時可以量產化，這是傳統工藝所做不到的。
在航空航天產品製造中，3D列印應用得最多的就是金屬3D列印。採用金屬3D列印技術時，對應不同零部件，需選擇不同的3D列印用金屬粉末，3D列印用金屬粉末的性能直接影響著列印成品的表面質量、力學性能等等。使用性能不合格的金屬粉末進行3D列印會導致諸多缺陷。例如金屬粉末空心，形成空心粉。如圖1所示，可以看出粉末球體內部為中空，非實體，現有的很多金屬粉末空心粉的比例會超過30％，有的甚至超過50％。空心粉的存在使得金屬3D列印中會導致零件產生諸多缺陷，如零件緻密度不高、燒結區域結合強度低、零件翹曲變形等等。產生空心粉的原因是金屬粉末製備工藝的缺陷。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術3D列印制粉工藝的缺陷，提供一種大大減少空心粉、提高3D列印質量和力學性能的3D列印用金屬粉末材料的製備方法。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：
一種用於減少空心粉的3D列印用金屬粉末材料的製備方法，包括以下步驟：
A、將原料不鏽鋼或鋁合金在微正壓氮氣保護下熔煉，熔煉成不鏽鋼或鋁合金液體；
B、採用氮氣作為霧化氣體，以鋁合金為原料時控制霧化壓強為1.5-2Mpa，不鏽鋼為原料時控制霧化壓強為3-4Mpa，對熔融後的不鏽鋼或鋁合金液體進行氣霧化，液體破碎冷卻成不鏽鋼或鋁合金的球形或類球形顆粒；
C、收集步驟B得到球形或類球形顆粒並進行處理得到3D列印用金屬粉末。
所述的用於減少空心粉的3D列印用金屬粉末材料的製備方法中，優選所述步驟A中，將不鏽鋼或鋁合金置於密閉的熔煉爐體中，抽真空後充氮氣呈微正壓狀態，加熱熔煉爐體至預設溫度，使得熔煉爐體中的不鏽鋼或鋁合金熔融成為不鏽鋼或鋁合金液體。
所述的用於減少空心粉的3D列印用金屬粉末材料的製備方法中，優選所述原料為不鏽鋼，所述預設溫度為1650℃；或者所述原料為鋁合金，所述預設溫度為800℃。
現有技術中鋁合金的氣霧化過程中壓強控制在2.5-4MPa，而本發明將鋁合金壓強控制在1.5-2Mpa，現有技術中不鏽鋼的氣霧化過程中壓強控制在4-5MPa，而本發明將不鏽鋼壓強控制在3-4Mpa，即都比傳統工藝均下降0.5MPa以上，通過降低霧化氣壓，來降低氮氣出氣溫度，從而提升噴嘴下方紊流區的溫度，以致熔融金屬液被霧化氣體破碎成液滴後冷卻成形的時間得到延長，減少其發生縮孔的現象，降低形成空心粉的機率。本發明將空心粉的比例從30％以上降低到10％以下。本發明的氣霧化制粉具有環境汙染小、粉末球形度高、氧含量低以及冷卻速率大等優點，主要用於生產高性能金屬及合金粉末。
附圖說明
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：
圖1是現有氣霧化得到金屬粉末的金相顯微鏡圖；
圖2是本發明氣霧化得到金屬粉末的金相顯微鏡圖。
具體實施方式
為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本發明的具體實施方式。
一種用於減少空心粉的3D列印用金屬粉末材料的製備方法，包括以下步驟：
A、將原料不鏽鋼或鋁合金在微正壓氮氣保護下熔煉，熔煉成不鏽鋼或鋁合金液體；
B、採用氮氣作為霧化氣體，以鋁合金為原料時控制霧化壓強為1.5-2Mpa，不鏽鋼為原料時控制霧化壓強為3-4Mpa，對熔融後的不鏽鋼或鋁合金液體進行氣霧化，液體破碎冷卻成不鏽鋼或鋁合金的球形或類球形顆粒；
C、收集步驟B得到球形或類球形顆粒並進行處理得到3D列印用金屬粉末。
所述的用於減少空心粉的3D列印用金屬粉末材料的製備方法中，優選所述步驟A中，將不鏽鋼或鋁合金置於密閉的熔煉爐體中，抽真空後加熱熔煉爐體至預設溫度，使得熔煉爐體中的不鏽鋼或鋁合金熔融成為不鏽鋼或鋁合金液體。
所述原料為不鏽鋼，所述預設溫度為1650℃；或者所述原料為鋁合金，所述預設溫度為800℃。
以下通過具體實施例詳細說明本發明：
實施例1，一種用於減少空心粉的3D列印用金屬粉末材料的製備方法，包括以下步驟：
A、將原料不鏽鋼或鋁合金在微正壓氮氣保護下熔煉，熔煉成不鏽鋼或鋁合金液體；
具體為：將原料不鏽鋼(316L不鏽鋼)置於密閉的熔煉爐體中，將霧化室和熔煉爐體抽真空後充氮氣呈微正壓狀態，熔煉爐體與保溫爐的功率調節為90kw，保溫時間為30min，加熱熔煉爐體至預設溫度1650℃，使得熔煉爐體中的原料不鏽鋼熔融成為不鏽鋼液體。
B、採用氮氣作為霧化氣體，控制霧化壓強為3Mpa，對熔融後的不鏽鋼進行氣霧化，氮氣氣流對不鏽鋼熔融液體進行破碎冷卻成不鏽鋼的球形或類球形顆粒；
C、收集步驟B得到球形或類球形顆粒並進行處理得到3D列印用不鏽鋼粉末。不鏽鋼粉末粒度為15-53μm，空心粉比例在5％。
如圖2所示是實施例1電子顯微鏡鏡圖，相比圖1可以看出：本發明效果顯著，可將現有技術中空心粉從30％以上降低到10％以下，有效降低粉末中空心粉的含量，提高了3D列印質量和力學性能。
實施例2，一種用於減少空心粉的3D列印用金屬粉末材料的製備方法，包括以下步驟：
A、將原料不鏽鋼在微正壓氮氣保護下熔煉，熔煉成不鏽鋼液體；
具體為：將原料不鏽鋼(304不鏽鋼)置於密閉的熔煉爐體中，將霧化室和熔煉爐體抽真空後充氮氣呈微正壓狀態，熔煉爐體與保溫爐的功率調節為80kw，保溫時間為50min，加熱熔煉爐體至預設溫度1650℃，使得熔煉爐體中的原料不鏽鋼熔融成為不鏽鋼液體。
B、採用氮氣作為霧化氣體，控制霧化壓強為3.5Mpa，對熔融後的不鏽鋼進行氣霧化，氮氣氣流對不鏽鋼熔融液體進行破碎冷卻成不鏽鋼的球形或類球形顆粒；
C、收集步驟B得到球形或類球形顆粒並進行處理得到3D列印用不鏽鋼粉末。粉末粒度為20-55μm，空心粉比例在7％。
實施例3，一種用於減少空心粉的3D列印用金屬粉末材料的製備方法，包括以下步驟：
A、將不鏽鋼或鋁合金在微正壓氮氣保護下熔煉，熔煉成不鏽鋼或鋁合金液體；
具體為：將原料不鏽鋼(304不鏽鋼)置於密閉的熔煉爐體中，將霧化室和熔煉爐體抽真空後充氮氣呈微正壓狀態，熔煉爐體與保溫爐的功率調節為70kw，保溫時間為40min，加熱熔煉爐體至預設溫度1650℃，使得熔煉爐體中的不鏽鋼原料熔融成為液體。
B、採用氮氣作為霧化氣體，控制霧化壓強為4Mpa，對熔融後的不鏽鋼進行氣霧化，氮氣氣流對不鏽鋼熔融液體進行破碎冷卻成不鏽鋼的球形或類球形顆粒；
C、收集步驟B得到球形或類球形顆粒並進行處理得到3D列印用不鏽鋼粉末。粉末粒度為15-53μm，空心粉比例在8％。
實施例4，一種用於減少空心粉的3D列印用金屬粉末材料的製備方法，包括以下步驟：
B、將鋁合金在微正壓氮氣保護下熔煉，熔煉成鋁合金液體；
具體為：將原料鋁合金(AlSi10Mg)置於密閉的熔煉爐體中，將霧化室和熔煉爐體抽真空後充氮氣呈微正壓狀態，熔煉爐體與保溫爐的功率調節為90kw，保溫時間為30min，加熱熔煉爐體至預設溫度800℃，使得熔煉爐體中的鋁合金原料熔融成為液體。
B、採用氮氣作為霧化氣體，控制霧化壓強為1.5Mpa，對熔融後的鋁合金液體進行氣霧化，氮氣氣流對鋁合金熔融液體進行破碎冷卻成鋁合金的球形或類球形顆粒；
C、收集步驟B得到球形或類球形顆粒並進行處理得到3D列印用鋁合金粉末。粉末粒度為25-50μm。空心粉比例在10％。
實施例5，一種用於減少空心粉的3D列印用金屬粉末材料的製備方法，包括以下步驟：
C、將原料鋁合金在微正壓氮氣保護下熔煉，熔煉成鋁合金液體；
具體為：將原料鋁合金(AlSi12)置於密閉的熔煉爐體中，將霧化室和熔煉爐體抽真空後充氮氣呈微正壓狀態，熔煉爐體與保溫爐的功率調節為90kw，保溫時間為30min，加熱熔煉爐體至預設溫度800℃，使得熔煉爐體中的鋁合金原料熔融成為液體。
B、採用氮氣作為霧化氣體，控制霧化壓強為1.7Mpa，對熔融後的鋁合金液體進行氣霧化，氮氣氣流對鋁合金熔融液體進行破碎冷卻成鋁合金的球形或類球形顆粒；
C、收集步驟B得到球形或類球形顆粒並進行處理得到3D列印用鋁合金粉末。粉末粒度為25-50μm。空心粉比例在8.5％。
實施例6，一種用於減少空心粉的3D列印用金屬粉末材料的製備方法，包括以下步驟：
A、將鋁合金在微正壓氮氣保護下熔煉，熔煉成鋁合金液體；
具體為：將原料鋁合金(AlSi10Mg)置於密閉的熔煉爐體中，將霧化室和熔煉爐體抽真空後充氮氣呈微正壓狀態，熔煉爐體與保溫爐的功率調節為75kw，保溫時間為60min，加熱熔煉爐體至預設溫度800℃，使得熔煉爐體中的鋁合金原料熔融成為液體。
B、採用氮氣作為霧化氣體，控制霧化壓強為2Mpa，對熔融後的鋁合金液體進行氣霧化，氮氣氣流對鋁合金熔融液體進行破碎冷卻成鋁合金的球形或類球形顆粒；
C、收集步驟B得到球形或類球形顆粒並進行處理得到3D列印用鋁合金粉末。粉末粒度為15-50μm。空心粉比例在8.5％。
從以上實施例中可以看出：本發明的方法將空心粉的比例大大下降，提高了金屬3D列印的質量。