一種增材製造用金屬粉末的製備方法與流程
2023-11-30 16:55:01 2
本發明屬於球形粉體材料的製備技術領域，涉及一種增材製造用金屬粉末的製備方法。
背景技術：
增材製造技術又稱為3d列印技術，它是通過逐層疊加的方式來構造物體。相對於傳統的減材或等材製造，增材製造在複雜形狀實現、材料利用率等方面具有明顯優勢。可以預見，在工業製造步入智能化、精密化的新階段，3d列印將取得廣泛應用。近年來，3d列印技術正逐漸應用於實際產品的製造，特別是金屬3d列印，發展尤為迅速。而在金屬3d列印中，粉末材料的性能很大程度上決定了列印成品的性能，因此也成為制約該項技術發展的關鍵因素。
在金屬3d列印中，粉末材料的流動性指標尤為關鍵，因為無論是鋪粉還是送粉，都需要粉末能夠流暢地展開或流出。也正是因為這一點，金屬3d列印的粉末材料一般都要求為球形粉末。目前能夠用於3d列印的金屬材料包括鈦、鋁、不鏽鋼、工具鋼等，這些材料的球形粉末製備主要以氣霧化法為主，另外還包括等離子旋轉電極、等離子火炬霧化等方法。後兩種方法主要用於鈦粉製備，但由於粉末粒徑和製備成本的問題限制了其應用範圍，而應用最為廣泛的氣霧化法又不同程度地存在衛星球、粉末粘連等問題，極大地制約了粉末的流動性能。因此提供一種高效率、低成本的3d列印粉末製備方法十分重要。
針對3d列印用金屬粉末，研究人員提出了很多解決粉末流動性的方法。常規提高粉末的流動性的方法一種是在霧化過程中提高粉末的球形度，包括增大罐體尺寸、提高合金過熱度、增加霧化壓力、幹預霧化氣流等方法，但這些方法除增加生產成本之外，還會增加工藝不穩定因素，而且很難保證全粒度範圍粉末的高球形度。另一種是通過後續處理改善流動性，大致分為兩類，一是改變粉末形貌，如等離子球化，二是添加分散劑降低粉末粘連和團聚。等離子球化需要建立高溫等離子體，而且粉末流量較小(＜10kg/h)，所以在成本和效率上都有限制。添加分散劑給粉末引入了雜質，對3d列印成品性能極為不利。另外還有利用球形介質與粉體作用進行表面球化的方法，但這種方法易產生汙染且處理速度較慢。
技術實現要素：
本發明為克服3d列印金屬粉末製備存在的技術缺陷，提供了一種生產流動性好、松裝密度高、球形度好的金屬粉末的方案，利用該方法可以快速、低成本地製備滿足3d列印要求的金屬粉末。
一種增材製造用金屬粉末的製備方法，包括以下步驟：
(1)獲取需求粒度範圍的金屬粉末；
(2)將步驟(1)所述的金屬粉末送入整形設備，在所述整形設備內所述金屬粉末在顆粒間相互摩擦、揉搓、研磨及與設備相互作用下形成球形；
(3)在收集器內收集粉末後直接得到或通過篩分、配比得到金屬增材製造工藝用金屬粉末。
進一步，步驟(1)中所述的金屬粉末包括但不限於不鏽鋼粉末、工具鋼粉末、鋁合金粉末、銅合金粉末、鎳基高溫合金粉末、鈦合金粉末。
進一步，步驟(1)中所述的金屬粉末是由包括但不限於水霧化、氣霧化、破碎、電解、或還原工藝製備的。
進一步，步驟(1)中所述的需求粒度範圍是指不同金屬增材製造工藝需求的粒度範圍或預先設定的粒度範圍，所述粒度範圍的粒度上限為250微米。
進一步，步驟(2)中所述整形設備為盤磨裝置；所述盤磨裝置包括兩個相對運動的磨盤，粉末在兩個磨盤之間依靠顆粒間的研磨、揉搓和摩擦的相互作用及與磨盤的相互作用形成球形粉末。
進一步，所述的金屬增材製造工藝包括雷射熔覆。
本發明針對增材製造用金屬粉末對流動性的要求，提出了一套高效、低成本的處理工藝用於球形粉末製備。處理過程中粉末在顆粒間研磨、搓揉和摩擦的相互作用以及與設備相互作用下漸變為球形，有效改善了粉末形貌，提高了流動性和松裝密度。
本發明所提供方法具有可處理粉末的粒度範圍廣(0-250μm)、處理速度快(＞200kg/h)、過程中不引入雜質、能耗低等特點，而且本方法兼具改善粉末形貌和降低粉末團聚的能力，能夠極大地提高粉末的流動性和松裝密度，非常適用於製備3d列印用金屬粉末。值得一提的是，雖然目前應用於3d列印的粉末主要以球形粉末製備方法為主，但其他製備方法如水霧化法、電解法等製取的粉末也有應用於3d列印的趨勢，本方法也可應用於此類粉末改善形貌、提高流動性。
附圖說明
通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述，各種其他的優點和益處對於本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用於示出優選實施方式的目的，而並不認為是對本發明的限制。在附圖中：
圖1為實施例1中處理後的粉末形貌圖。
圖2為實施例2中處理後的粉末形貌圖。
具體實施方式
下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施方式。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施方式，然而應當理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這裡闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了能夠更透徹地理解本公開，並且能夠將本公開的範圍完整的傳達給本領域的技術人員。
根據本發明的實施方式，提出
實施例1：
一種三維印刷工藝(3dp)用316l不鏽鋼粉末的製備方法，包括以下步驟：
步驟1：獲取需求粒度範圍的金屬粉末；
步驟2：將步驟1的粉末送入整形設備；
步驟3：在收集器內直接獲取處理後的316l不鏽鋼粉末；
其中步驟1獲取的金屬粉末為氣霧化法製備的316l不鏽鋼粉末，成分為c≤0.03，si≤1.0，mn≤2.00，p≤0.045，s≤0.030，ni:10.0-14.0，cr:16.0-18.0，mo:2.0-3.0，粒度為20-45μm。步驟2中粉末流量為500kg/h。處理結束後在收集器中直接獲取成品粉末。本實施例得到的316l不鏽鋼粉末形貌如圖1所示，平均粒徑為30.59μm，流動性14.5s/50g，松裝密度4.2g/cm3。粉末在列印過程中流動性能良好，成形零件變形小，組織均勻，力學性能滿足使用要求。
實施例2：
一種選區雷射熔化工藝(slm)用模具鋼粉末的製備方法，包括如下步驟：步驟1：獲取需求粒度範圍的金屬粉末；
步驟2：將步驟1的粉末送入整形設備；
步驟3：將收集器內的粉末經過篩分得到15-53微米粒度的粉末；
其中步驟1獲取的金屬粉末為氣霧化法製備的模具鋼粉末，成分為標準1.2709牌號，粒度為-100目。步驟2中粉末流量為700kg/h。處理結束後將收集器內的粉末經過篩分獲取15-53μm的成品粉末。本實施例得到的模具鋼粉末形貌如圖2所示，平均粒徑為34.56μm，流動性13.7s/50g，松裝密度4.15g/cm3。粉末在列印過程中流動性能良好，組織均勻，力學性能滿足使用要求。
實施例3：
一種三維印刷工藝(3dp)用銅合金粉末的製備方法，包括如下步驟：
步驟1：獲取需求粒度範圍的金屬粉末；
步驟2：將步驟1的粉末送入整形設備；
步驟3：在收集器內直接獲取處理後的銅合金粉末；
其中步驟1獲取的金屬粉末為氣霧化法製備的cusn合金粉末，粒度為15-53μm。步驟2中粉末流量為400kg/h。處理結束後在收集器中直接獲取成品粉末。本實施例得到的cusn粉末平均粒徑為33.9微米，流動性11s/50g，松裝密度4.85g/cm3。粉末在列印過程中流動性能良好，成形零件變形小，組織均勻，力學性能滿足使用要求。
實施例4：
一種雷射熔覆工藝用316l粉末的製備方法，包括如下步驟：
步驟1：獲取需求粒度範圍的金屬粉末；
步驟2：將步驟1的粉末送入整形設備；
步驟3：在收集器內直接獲取處理後的不鏽鋼粉末；
其中步驟1獲取的金屬粉末為氣霧化法製備的316l合金粉末，粒度為53-105μm。步驟2中粉末流量為800kg/h。處理結束後在收集器中直接獲取成品粉末。本實施例得到的316l粉末平均粒徑為71.21μm，流動性14s/50g，松裝密度4.5g/cm3。粉末在雷射熔覆過程中出粉流暢，成品滿足使用要求。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。