一种3D打印用低氧微细金属粉及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种3D打印用低氧微细球形金属粉及其制备方法。该金属粉为球形，金属粉的粒径为5～50μm，金属粉的含氧量不大于100ppm；该方法将熔融的纯铝、铝合金、纯铜或铜合金液流经气雾化喷嘴，并被氢气与氩气或氦气的混合气体喷射、雾化、冷却成低氧微细球星金属粉。本发明专利技术制备方法获得的金属粉具有球形度高、粒径小且分布区间窄、氧含量低、活性高等特点，非常适宜于金属零部件的3D打印。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及3D打印用金属粉，尤其是一种3D打印用低氧微细金属粉及其制备方法。
技术介绍
基于3D打印的增材制造技术具有低成本、短周期、适宜复杂产品、柔性化制造等优势，已成为工业化升级的重要技术。随着选择性激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)、选择性激光熔化成型(SLM)等技术的发展，3D打印的产品已经从塑料制品时代进入金属制品时代。采用上述3D打印技术与采用传统锻造技术相比，所制备的金属零部件具有近净成形、材料利用率高、机械加工量小、适宜形状复杂零部件、制造成本低、综合力学性能优异等优点。采用3D打印技术制备高性能、高尺寸精度的金属零部件的关键技术之一是适宜3D打印的金属粉末，3D打印所使用金属粉末的质量直接决定了最终产品的质量。目前，3D打印所需的金属粉多直接使用常规的热喷涂粉，而这些热喷涂金属粉由于粒径不均、氧含量高等原因难以满足3D打印的需求。制备适宜3D打印要求的球形、粒度细小均匀、含氧量低的金属粉末是当前3D打印领域面临的重要问题。目前，在微细金属粉的制备方法方面，有射频等离子法、等离子旋转电极法、金属热还原法、氢化脱氢法、气雾化法等。由于射频等离子法、等离子旋转电极法等方法需要射频等离子炬、高能等离子枪等作为热源，所需设备复杂、原材料要求高、成本高，难以满足大批量3D打印金属粉末的生产的需求。金属热还原法也存在粉末粒度可控性差、还原周期长、金属粉末纯度差等缺点。氢化脱氢法一般仅适用于钛粉的制备，无法适用于铝、铜等其他金属粉末的制备。气体雾化法是将金属块、棒、丝材加热熔化后，在压力或重力作用下，从雾化喷嘴中流出的同时被喷嘴中喷射出的高速高压气流破碎成细小的液滴，液滴随后在雾化室中冷却成为固态金属粉，是一种可用于多种金属粉制备的工艺。如公开号为CN103801704A的专利技术专利公开了一种适用于3D打印的成型铜粉、制备方法及其用途，该专利技术是将铜熔化后，将铜液在氩气气流下雾化为铜粉，所得铜粉的粒径为10μm、氧含量为500ppm。公开号为CN104475744A的专利技术专利公开了一种气雾化制备球形钛粉及钛合金粉末的装置及方法，该专利技术是将钛丝熔化后在惰性气体(氩气或氦气)气流下雾化为钛粉，所得钛粉的粒径为1～100μm，氧含量为500～2000ppm。综上，气雾化法是一种适宜制备3D打印所需的金属粉的方法，但现有工艺也存在一些问题。如雾化气体一般为惰性气体(氦气或氩气)，仅有减缓金属粉氧化的作用而不能避免金属粉的氧化，氦气的价格过于昂贵，而氩气的低热传导率对金属液的冷却效果较差。上述问题对金属粉的粒径、含氧量都造成了不利的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种3D打印使用的低氧含量微细金属粉及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种3D打印用低氧微细球形金属粉，金属粉为球形，金属粉的粒径为5～50μm，金属粉的含氧量不大于100ppm。3D打印用低氧微细球形金属粉的第一优选方案，金属粉的成分为纯铝、铝合金、纯铜或铜合金。3D打印用低氧微细球形金属粉的第二优选方案，纯铝中铝元素含量大于99.0wt.％，所述的铝合金为Al-Cu、Al-Mn、Al-Si、Al-Mg、Al-Zn系铝合金。3D打印用低氧微细球形金属粉的第三优选方案，纯铜中铜元素含量大于99.0wt.％，所述的铜合金为Cu-Ni、Cu-Zn、Cu-Sn、Cu-Al系铜合金。3D打印用低氧微细球形金属粉的制备方法，包括以下步骤：(1)金属的熔化与保温：将金属在坩埚中加热熔化至液态，并将金属液精炼除气后保温在某一设定温度。(2)金属液的雾化：将金属液通过坩埚下部的气雾化喷嘴以设定的质量流率流入雾化室，气雾化喷嘴向金属液喷射设定压力、设定流量的雾化气体，金属液在雾化室内被雾化气体破碎和冷却为微细金属粉。3D打印用低氧微细球形金属粉的制备方法的第一优选方案，步骤(1)中所述的金属熔体的保温设定温度为高于金属熔点50～300℃。3D打印用低氧微细球形金属粉的制备方法的第二优选方案，步骤(2)中所述的金属液的质量流率为5～200g/sec。3D打印用低氧微细球形金属粉的制备方法的第三优选方案，步骤(2)中所述的雾化气体的设定压力为3～20MPa，雾化气体的流量为50～300l/sec。3D打印用低氧微细球形金属粉的制备方法的第四优选方案，步骤(2)中所述的雾化气体的成分为氢气与氩气或氦气的混合气体，其中氢气在混和气体中的体积比例为10～100％。3D打印用低氧微细球形金属粉的制备方法的第五优选方案，氢气纯度不低于99.9％，所述的氩气纯度不低于99.9％，所述的氦气纯度不低于99.9％。与最接近的现有技术比，本专利技术提供的3D打印用低氧含量微细金属粉及其制备方法具有以下优点：金属粉为球形度高、粒径小(5～50μm)，非常适合高精度金属零部件的3D打印成形。同时，由于金属粉的含氧量低(小于100ppm)、活性高，获得的3D打印金属零部件的组织和性能优越。具体实施方式下面将结合实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1:3D打印用低氧含量微细铝粉以下步骤制备：(1)金属的熔化与保温：将纯铝5kg(块状，成分为0.05wt.％Si、0.09wt.％Fe、0.05wt.％Cu、0.10wt.％Mn、0.12wt.％Zn、0.06wt.％Cr、0.08wt.％Ti、余量为Al，其液相线为656℃)在坩埚中熔化至液态，使用精炼剂精炼除气后，保温于856℃。(2)金属液的雾化：将铝液通过坩埚下部的气体雾化喷嘴以5g/sec的质量流率流入雾化室，雾化喷嘴向铝液喷射压力为3MPa、流量为50l/sec的雾化气体，雾化气体的成分为10％氢气(纯度为99.99％)与90％氩气(纯度为99.99％)的混合气体。铝液在雾化室内被雾化气体破碎和冷却为微细球形铝粉。获得的低氧微细铝粉经测试分析，粒径为50μm，含氧量为100ppm，铝粉粒径窄且球形度高，适宜于纯铝零部件的3D打印。实施例2:3D打印用低氧含量微细铝合金粉以下步骤制备：(1)金属的熔化与保温：将铝合金5kg(块状，成分为1.1wt.％Mg、0.29wt.％Si、0.3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印用低氧微细球形金属粉，其特征在于，金属粉为球形，金属粉的粒径为5～50μm，金属粉的含氧量不大于100ppm。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印用低氧微细球形金属粉，其特征在于，金属粉为球形，金
属粉的粒径为5～50μm，金属粉的含氧量不大于100ppm。
2.根据权利要求1所述的3D打印用低氧微细球形金属粉，其特征在于，
所述金属粉的成分为纯铝、铝合金、纯铜或铜合金。
3.根据权利要求2所述的3D打印用低氧微细球形金属粉，其特征在于，
所述的纯铝中铝元素含量大于99.0wt.％，所述的铝合金为Al-Cu、Al-Mn、Al-Si、
Al-Mg、Al-Zn系铝合金。
4.根据权利要求2所述的3D打印用低氧微细球形金属粉，其特征在于，
所述的纯铜中铜元素含量大于99.0wt.％，所述的铜合金为Cu-Ni、Cu-Zn、Cu-Sn、
Cu-Al系铜合金。
5.如权利要求1所述的3D打印用低氧微细球形金属粉的制备方法，其特
征在于，包括以下步骤：
(1)金属的熔化与保温：将金属在坩埚中加热熔化至液态，并将金属液精
炼除气后保温在某一设定温度。
(2)金属液的雾化：将金属液通过坩埚下部的气雾化喷嘴以设定的质量流
率流入雾化室，气雾化喷嘴向金属液喷射设定...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳巍，
申请(专利权)人：南通金源智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32