一种高纯3D打印增材制造金属合金粉末的制备方法技术

本发明专利技术涉及材料领域，尤其是一种高纯3D打印增材制造金属合金粉末的制备方法。本发明专利技术提供的方法中采用超音速电弧雾化方法，采用具有高能量的电弧将金属材料熔化，然后使用超音速气体将熔化的金属熔体破碎、冷却值得具有一定粒度范围的金属合金粉末。本发明专利技术所采用的制粉方法，是一种的工艺简单、易于操作、生产周期短；产品粒度集中、球形度高、纯度高。

Method for preparing high-purity 3D printing and material increasing manufacturing metal alloy powder

The invention relates to the field of materials, in particular to a method for preparing metal alloy powder with high purity 3D printing and material increasing. Supersonic arc atomization method by using the method of the invention has high energy, by arc melting a metal material, and metal alloy powder metal melt melting crushing, cooling it with certain granularity range using supersonic gas. The powder milling method adopted by the invention has simple process, easy operation, short production cycle, high concentration of products, high sphericity and high purity.

【技术实现步骤摘要】
一种高纯3D打印增材制造金属合金粉末的制备方法
本专利技术涉及材料领域，具体涉及3D打印用金属合金粉末的制备方法。
技术介绍
近年来世界各国正在不断加强3D打印技术的研发及应用。美国将“3D打印”研发中心作为新建的15个国家制造创新中心之首；欧洲航天局公布“将3D打印带入金属时代”的计划，旨在为宇宙飞船、飞机和聚变项目制造零部件，实现由一整块金属构成、不需要焊接或熔合的整颗卫星的整体制造；我国地方政府也非常重视3D打印产业，珠海、青岛、四川双流、南京等地先后建立了多个3D打印技术产业创新中心和科技园。3D打印对原材料的要求比较苛刻，首先满足激光工艺的适用性；其次，低氧含量、细粒径、高球形度的钛及钛合金粉末或镍基、钴基高温合金粉末。目前高端的合金粉末和制造设备还主要依靠进口。目前国内尚未针对3D打印技术用粉末开展相应的研究，如粉末成分、夹杂、物理性能对3D打印相关技术的影响及适应性。因此，本项目针对低氧含量、细粒径粉末以及高球形度的铝合金、钛合金、铁基合金以及镍基合金等金属合金粉末进行研究制备；并提高金属粉末产品成分纯度、物理性能的稳定性以及成品率。常规金属粉末大多采用“二流雾化”的方法制备，但是该方法存在以下缺陷：1.得到的粉末粒度范围分布广（0~250μm），经筛分后得到所需粒度范围的粉末所占比例较低，导致生产效率低；2.采用陶瓷坩埚中频熔炼的惰性气体雾化法制备金属合金粉末，该方法制备的金属合金粉末杂质含量高，杂质的存在严重影响后续3D打印部件的物理化学性能；而且粉末表面粘附很多细小粉末——形成“卫星球”，降低粉末的球形度以及流动性能；3.采用中频熔炼后惰性气体雾化两步法制备金属合金粉末，该方法生产周期长，设备成本高。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种高纯3D打印增材制造金属合金粉末的制备方法，可以有效提升金属合金粉末的球形度，提高金属粉末的纯度，并减小粒度分布范围。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为，一种高纯3D打印增材制造金属合金粉末的制备方法，采用具有高能量的电弧以及超音速气体将熔化的金属熔体破碎成金属合金粉末。进一步,所述的高能量电弧，工作电压不低于30V，工作电流不低于180A。进一步，金属陶瓷球粒的制备方法，包括以下步骤：（1）将金属丝材送入高能量电弧区域；（2）将超音速气体引入具有金属熔体的电弧区域；（3）将破碎后金属液体冷却收集得到具有良好性能的金属合金粉末。进一步，所述的金属金属丝材为铝合金、钛合金、铁基合金以及镍基合金等。进一步，所述步骤（1）中金属丝材直径为1.0~3.2mm。进一步，所述的各种金属及合金丝材均匀的送入高能量电弧区域，其送丝量为1.0~5.0kg/h之间。进一步，所述气体为惰性气体。进一步，步骤（2）中所述气体压力大于0.5MPa，流量大于2.0m3/h。进一步，步骤（2）中所述的超音速气体是由惰性气体经过Laval喷嘴加速而形成的。进一步，步骤（3）中所述的超音速雾化气体将金属熔体破碎成尺寸为0~90μm的金属熔滴，然后球化、冷却、收集得到球形度好、纯度高的金属合金粉末。本专利技术还进一步要求保护采用上述方法制备而成的金属合金粉末。本专利技术的有益效果如下：1.采用本专利技术方式制备金属合金粉末所得到的粉末粒度分布更集中（0~90μm），筛分后得到所需粒度范围的粉末所占比例高，很大程度上提高生产效率；本专利技术方式很大程度的提高了金属合金粉末的生产效率和一次成型率；2.采用本专利技术方式制备金属合金粉末由于没有与陶瓷接触，杂质含量少，纯度高；此外，由于高速气体的快速冷却使得粉末表面“卫星球”含量少，粉末球形度高，流动性好；本专利技术方式很大程度的提高了金属合金粉末的纯度以及球形度；3.采用本专利技术方式制备金属合金粉末直接通过高能量电弧将金属丝材熔融并被超音速气体破碎、冷却制粉，所有过程均同时进行完成，可以不间断生产，且设备投入成本低；4.本专利技术方式很大程度的减少了金属合金粉末生产的流程，缩短了生产周期。附图说明图1为实施例3制备的316L不锈钢粉末微观形貌。具体实施方式下面通过具体的实施例对本专利技术做进一步的详细描述。实施例1：铝镁合金粉末的制粉方法，包括以下步骤：（1）将直径为2.0mm的铝镁合金丝材按3.0kg/h的速度送入电弧加热区，工作电压为30V，工作电流为180A；（2）将超音速氩气引入电弧熔体区域，压力为0.5MPa，流量为2.0m3/h；（3）将经过超音速气体破碎的金属熔滴冷却、收集。经过检验可得，产品中粒度≤90μm的粉末占比在95%以上，且粉末球形度高，“卫星球”含量少。实施例2：钛铝合金粉末的制粉方法，包括以下步骤：（1）将直径为1.0mm的钛铝合金丝材按5.0kg/h的速度送入电弧加热区，工作电压为30V，工作电流为200A；（2）将超音速氦气引入电弧熔体区域，压力为0.6MPa，流量为120L/min；（3）将经过超音速气体破碎的金属熔滴冷却、收集。经过检验可得，产品中粒度≤90μm的粉末占比在95%以上，且粉末球形度高，“卫星球”含量少。实施例3：316L不锈钢的制粉方法，包括以下步骤：（1）将直径为3.2mm的316L不锈钢丝材按1.0kg/h的速度送入电弧加热区，工作电压为40V，工作电流为220A；（2）将超音速氩气引入电弧熔体区域，压力为0.8MPa，流量为140L/min；（3）将经过超音速气体破碎的金属熔滴冷却、收集。经过检验可得，产品中粒度≤90μm的粉末占比在95%以上，且粉末球形度高，“卫星球”含量少。实施例4：哈氏合金粉末的制粉方法，包括以下步骤：（1）将直径为1.6mm的哈氏合金丝材按4.0kg/h的速度送入电弧加热区，工作电压为50V，工作电流为260A；（2）将超音速氩气引入电弧熔体区域，压力为1.0MPa，流量为6.0m3/h；（3）将经过超音速气体破碎的金属熔滴冷却、收集。经过检验可得，产品中粒度≤90μm的粉末占比在95%以上，且粉末球形度高，“卫星球”含量少。以上所述仅为本专利技术的优选实施例而已，并不用于限制本专利技术，对于本领域的技术人员来说，在本专利技术的精神和原则内可以有各种更改和变化，这些等同的变型或替换等，均包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高纯3D打印增材制造金属合金粉末的制备方法，其特征在于：采用具有高能量的电弧以及超音速气体将熔化的金属熔体破碎成金属合金粉末，所述的高电量电弧工作压力不低于30V，电流不低于180A。

【技术特征摘要】
1.一种高纯3D打印增材制造金属合金粉末的制备方法，其特征在于：采用具有高能量的电弧以及超音速气体将熔化的金属熔体破碎成金属合金粉末，所述的高电量电弧工作压力不低于30V，电流不低于180A。2.根据权利要求1所述的金属合金粉末的制备方法，包括以下步骤：（1）将金属丝材送入高能量电弧区域；（2）将超音速气体引入具有金属熔体的电弧区域；（3）将破碎后金属液体冷却收集得到具有良好性能的金属合金粉末。3.根据权利要求1或2所述的一种高纯3D打印增材制造金属合金粉末的制备方法，其特征在于：所述的金属为铝合金、钛合金、铁基合金以及镍基合金中的一种。4.根据权利要求2所述的一种高纯3D打印增材制造金属合金粉末的制备方法，其特征在于：所述的金属丝材直径为1.0~3.2mm。5.根据权利要求2所述的一种高纯3D打印增材制造金属合金粉末的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋信强，李玉玺，韩萌，颜维，蒲春，
申请(专利权)人：自贡长城硬面材料有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51