一種用于3d打印的球形合金材料的制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于3D打印制造領域，具體涉及用于3D打印的金屬材料，進一步涉及用于3D打印的金屬材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]增材制造技術(shù)(Additive Manufacturing)，又稱快速成型技術(shù)、三維打印技術(shù)，通俗的稱謂是3D打印制造技術(shù)。是近20來信息技術(shù)、新材料技術(shù)與高端制造技術(shù)多學科融合發(fā)展的先進制造技術(shù)。3D打印制造技術(shù)是一種通過逐層增加堆積材料來生成三維實體的快速增材制造技術(shù)，不但克服了傳統(tǒng)減材制造造成的損耗，而且使產(chǎn)品制造更智能化，更精準，更高效。尤其是涉及到復雜形狀的高端制造，3D打印技術(shù)顯示出巨大的優(yōu)越性。
[0003]3D打印制造技術(shù)是一種全新的制造理念，最終將應用于大工業(yè)規(guī)?；悄苌a(chǎn)。高性能金屬構(gòu)件直接制造技術(shù)與配套材料的發(fā)展密不可分。因此金屬構(gòu)件直接制造所使用的高性能金屬粉成為金屬制品快速制造的關鍵。根據(jù)已有技術(shù)，目前已實現(xiàn)了小尺寸不銹鋼、高溫合金等零件的激光直接成形。但由于受金屬粉性能的限制，因金屬粉粒徑、球形度、含氧量、流動性、松裝密度等性能的限制，使得采用金屬增材制造的金屬零件性能較差，進而影響增材制造技術(shù)的應用。
[0004]3D打印金屬材料一般為粉末，且要求球形度、粉末的球化率大于98%。只有高的球化率，才能保證打印粉末均勻、順利地輸送，從而得到精密度、致密度高的金屬產(chǎn)品。目前，金屬粉末的制備方法主要通過旋轉(zhuǎn)電極法、噴霧法制備，但由于設備和工藝的限制，不但能耗高，而且難以獲得球度高、粒徑細小均一的金屬粉末。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對3D打印所用金屬粉存在球形度低、粒徑均勻度低的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于3D打印的球形合金材料的制備方法。該方法克服了旋轉(zhuǎn)電極法、真空噴霧法制備金屬微球存在球度低、易粘連、粒徑均勻度低、金屬易氧化的缺陷。利用該方法得到的球形合金的球化率大于98%，霍爾流速達5s/50g，具有均勻輸送效果，是3D打印金屬制品優(yōu)選的材料。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種用于3D打印的球形合金材料的制備方法，該方法包括以下步驟:
(1)將重量份為10-20的多孔陶瓷微球預熱至500-600°C，與5-10重量份的鋁加入熔煉爐，熔煉爐溫度控制在630-650°C，通過充分混合、攪拌均勻，采用真空吸附法將液態(tài)金屬鋁駐留在多孔陶瓷微球中，通過冷卻得到由鋁鑲嵌的多孔陶瓷微球，從而提高陶瓷微球表面對金屬的潤濕性；
(2)將70-80重量份的金屬粉與步驟(I)得到的由鋁鑲嵌的多孔陶瓷微球加入研磨機，在0)2保護下，以100-200r/min的速度研磨15_30min，金屬以陶瓷微球為核均勻裹覆在陶瓷微球表面形成粒徑在50-100目的復合粉體； (3 )將步驟(2 )得到的復合粉體通過高速氣流送入球化爐，球化爐設置溫度低于金屬熔融溫度10-15°C，球化爐在火焰噴吹過程中使陶瓷微球表面的金屬瞬間軟化，并在自身表面張力作用下形成球形狀；
(4)將步驟(3)得到的球形合金輸入保溫槽，在保溫槽內(nèi)300-350°C條件下保溫時間30-60min,然后自然冷卻，金屬與陶瓷微球表面的招均化、連接形成穩(wěn)定的球形合金材料。
[0007]上述制備方法，步驟(I)所述的多孔陶瓷微球為A1203、ZrO2, S12, SiC、B4C, TiC、TiN、TiB2中的一種或幾種，貫通性空隙率大于35%，顆粒度為200-300目。
[0008]上述制備方法，步驟(2)所述的金屬粉為招合金、銅合金、鋅合金、鎂合金、鈦合金、鎳合金中的一種。
[0009]上述制備方法，步驟(2)所述的研磨機為行星式球磨機。
[0010]本發(fā)明一種用于3D打印的球形合金材料的制備方法，通過在多孔陶瓷微球鑲嵌金屬鋁，提升陶瓷微球?qū)饘俚臐駶櫺裕瑥亩ㄟ^研磨包覆使金屬均勻裹覆在陶瓷微球表面，使合金的顆粒大小均一，進一步通過高速氣流使復合粉體完全分散開，并通過球化爐的瞬間軟化，使陶瓷微球表面的金屬瞬間軟化，并在自身表面張力作用下形成球形狀，從而獲得了顆粒大小均一、球形度高的球形合金。
[0011]通過測試，利用該方法得到的球形合金的粒徑大小為50-100目，球化率大于98%，霍爾流速降至5s/50g，具有均勻輸送效果，是3D打印金屬制品優(yōu)選的材料。
[0012]本發(fā)明一種用于3D打印的球形合金材料的制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其突出的特點和優(yōu)異的效果在于:
1、本發(fā)明一種用于3D打印的球形合金材料的制備方法，通過多孔陶瓷微球鑲嵌金屬鋁，提升陶瓷微球?qū)饘俚臐駶櫺?，從而通過研磨包覆使金屬均勻裹覆在陶瓷微球表面，使合金的顆粒大小均一。
[0013]2、本發(fā)明一種用于3D打印的球形合金材料的制備方法，通過高速氣流使復合粉體完全分散開，并通過球化爐的瞬間軟化，使陶瓷微球表面的金屬瞬間軟化，并在自身表面張力作用下形成球形狀。有效防止顆粒的粘連，獲得的顆粒球形度高，具有均勻輸送效果，是3D打印金屬制品優(yōu)選的材料。
[0014]3、本發(fā)明一種用于3D打印的球形合金材料的制備方法，使陶瓷微球與金屬體緊密結(jié)合，從而提高了金屬的硬度，由于不完全加熱熔化，因此能耗低。
【具體實施方式】
[0015]
以下通過【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但不應將此理解為本發(fā)明的范圍僅限于以下的實例。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下，根據(jù)本領域普通技術(shù)知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0016]實施例1
(I)將重量份為10的多孔Al2O3陶瓷微球預熱至500°C，與10重量份的鋁加入熔煉爐，熔煉爐溫度控制在630-650°C，通過充分混合、攪拌均勻，采用真空吸附法將液態(tài)金屬鋁駐留在多孔陶瓷微球中，通過冷卻得到由鋁鑲嵌的多孔陶瓷微球，從而提高陶瓷微球表面對金屬的潤濕性； (2)將80重量份的銅合金與步驟(I)得到的由鋁鑲嵌的多孔陶瓷微球加入研磨機，在0)2保護下，以100-200r/min的速度研磨15min，銅合金以陶瓷微球為核均勻裹覆在陶瓷微球表面形成粒徑在50-100目的復合粉體；
(3)將步驟(2)得到的復合粉體通過高速氣流送入球化爐，球化爐設置溫度1070°C，球化爐在火焰噴吹過程中使陶瓷微球表面的金屬瞬間軟化，并在自身表面張力作用下形成球形狀；
(4)將步驟(3)得到的球形合金輸入保溫槽，在保溫槽內(nèi)350°C條件下保溫時間30min，然后自然冷卻，金屬與陶瓷微球表面的鋁均化、連接形成穩(wěn)定的球形合金材料。
[0017]將實施例1得到的球形合金通過測試，球形合金的粒徑大小D90為50目，球化率大于98%，霍爾流速達5s/50g。
[0018]實施例2
(1)將重量份為15的多孔Zr02陶瓷微球預熱至600°C，與5重量份的鋁加入熔煉爐，熔煉爐溫度控制在630-650°C，通過充分混合、攪拌均勻，采用真空吸附法將液態(tài)金屬鋁駐留在多孔陶瓷微球中，通過冷卻得到由鋁鑲嵌的多孔陶瓷微球，從而提高陶瓷微球表面對金屬的潤濕性；
(2)將75重量份的鋅合金與步驟(I)得到的由鋁鑲嵌