本发明专利技术提出本发明专利技术提出一种用于3D打印的增强金属复合材料，由以下重量份原料制备而成：金属粉末50-60份，锂瓷石20-25份，石英3-8份，硼酸锌2-3份，碳酸钠1-3份，粘接剂0.5-2份；该增强金属复合材料是通过粘接和烧结，在金属粉表面形成陶瓷面，该陶瓷面具有微孔，赋予金属粉强度和韧性。同时具有球形度高、粒径小、分布窄的特性。用于3D打印直接成型金属制品时，金属瓷面在低于金属熔点的温度条件下粘连，有效防止金属制品的变形，从而得到高强度、高韧性的金属制品。
【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印的增强金属复合材料及其制备方法
本专利技术属于3D打印材料领域，具体涉及一种用于3D打印的增强金属复合材料及其制备方法。
技术介绍
3D打印技术是将三维物象通过连续的材料层创建出来，其过程如同打印机的打印过程，通过将粉料逐点打印成层，然后逐层叠加成三维实体的制备过程，具有精度高、速度快的特点，其最大的特点是从设计到成型一步到位，并且能够制备结构更为精密复杂的产品。该技术不但克服了传统减材制造造成的损耗，而且使产品制造更智能化，更精准，更高效。目前，制约3D打印技术迅速发展的最大瓶颈是打印材料，特别是金属打印材料。在高性能金属构件直接采用3D打印技术制造方面，需要3D打印金属材料粒径细、粒径均匀、高球形度、低氧含量。中国专利技术专利CN103801704A公开了一种3D打印用成型铜粉材料及其制备方法，该方法采用氩气保护炉熔炼TU0无氧铜至1250～1400℃，在稳定微压下铜液通过漏包坩埚和导流嘴流经气雾化喷嘴，被喷嘴射出的预热音速氩气流冲刷铜液表面产生剪切力和挤压力，使铜液变形、液流直径不断减小，并最终形成小液滴，而后在雾化室冷却制得球形金属粉末，该制备方法制得的3D打印铜粉得粉率高、球形度高、含氧量小于500ppm、粒径小于10μm且分布窄。而现有以金属粉体为原料的3D打印技术，通过直接金属激光烧结(DMLS)技术、电子束熔化成型(EBM)技术、选择性激光熔化成型(SLM)技术、选择性热烧结(SHS)技术和选择性激光烧结(SLS)技术，其原理均是用能量对金属粉体熔化、烧结形成新的金属材料和形状。由于在空气中金属粉体熔化、烧结易于氧化，熔体流动造成制品变形，因而3D打印的金属制品的硬度、抗拉强度、韧性都比较低。通过金属粉增强处理可有效克服在3D打印制备金属制品的强度缺陷。已有报道，利用碳化硅纤维、晶须材料可以增强金属用作飞机涡轮发动机和超音速飞机的表面材料等。这些对金属的增强均是将金属熔融后加入纤维然后成型。而3D打印用金属材料要求为粉末，因而使得纤维增强受到限制。
技术实现思路
针对目前用于3D打印的金属粉末材料成分单一、强度和韧性较差的缺陷，本专利技术提出一种用于3D打印的增强金属复合材料。该增强金属复合材料是通过粘接和烧结，在金属粉表面形成陶瓷面，该陶瓷面具有微孔，赋予金属粉强度和韧性。同时具有球形度高、粒径小、分布窄的特性。用于3D打印直接成型金属制品时，金属瓷面在低于金属熔点的温度条件下粘连，有效防止金属制品的变形，从而得到高强度、高韧性的金属制品。进一步提供一种用于3D打印的增强金属复合材料的制备方法。一种用于3D打印的增强金属复合材料，是通过如下技术方案实现的：一种用于3D打印的增强金属复合材料，其特征是：由如下重量份原料制备而成：金属粉末50-60份，锂瓷石20-25份，石英3-8份，助熔剂2-3份，碳酸钠1-3份，粘接剂0.5-2份；其中，所述的金属粉末为不锈钢粉体、金属铜粉、金属镍粉、金属铁粉、金属钛粉中的一种，颗粒粒径小于100目；所述的锂瓷石为粒径小于1250目的微细粉体，其中Li2O＞3%，K2O＞2.5%，Na2O＞2.5%；所述的石英为粒径小于1250目的微细粉体；所述的助熔剂为硼酸锌、氧化锌、碳酸钡中的一种，可使金属粉体表面的锂瓷石粉、石英粉在1000℃左右瓷化。所述的粘接剂为聚丙烯酸、聚乙二醇、甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、水性聚氨酯其中至少一种；所述一种用于3D打印的增强金属复合材料,是由如下方法制备而得：1）将1-3重量份的碳酸钠、0.5-2重量份的粘接剂与适量水配制成粘稠液体，粘稠液体的粘度在5-8cP之间，然后与50-60重量份的金属粉在高速分散机中加热至80-90℃，以900-1500rpm的速度分散10-15min，使金属粉具有粘接性和附着性；2）将步骤1）得到的分散金属粉与20-25重量份的锂瓷石、3-8重量份的石英、2-3重量份的助熔剂送入螺旋输送扑粉机，螺旋输送扑粉机带动物料沿轴向移动，并通过螺旋体连续旋转将锂瓷石、石英微细粉粘接在金属粉表面；3）将步骤2）经过扑粉的金属粉在100-120℃下烘干，通过球磨过50目筛；4）将步骤3）得到的扑粉金属颗粒在氮气氛围中，在900-1100℃条件下煅烧10-15分钟，自然冷却，得到增强金属复合材料。本专利技术一种用于3D打印的增强金属复合材料，利用碳酸钠和粘接剂提高金属粉的界面特性，从而使锂瓷石粉、石英粉与金属完全粘接，通过粘接和烧结，在金属粉表面形成陶瓷面，由于碳酸钠、粘接剂烧结时有气体产生，因此陶瓷面具有微孔，赋予金属粉强度和韧性。同时具有球形度高、粒径小、分布窄的特性。用于3D打印直接成型金属制品时，金属瓷面在低于金属熔点的温度条件下粘连，有效防止金属制品的变形，从而得到高强度、高韧性的金属制品。本专利技术一种用于3D打印的增强金属复合材料及其制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1、本专利技术一种用于3D打印的增强金属复合材料，在金属粉表面形成陶瓷面，由于碳酸钠、粘接剂烧结时有气体产生，因此陶瓷面具有微孔，赋予金属粉强度和韧性。2、本专利技术一种用于3D打印的增强金属复合材料，用于3D打印直接成型金属制品时，金属瓷面在低于金属熔点的温度条件下粘连，有效防止金属制品的变形，从而得到高强度、高韧性的金属制品。3、本专利技术一种用于3D打印的增强金属复合材料的制备方法，无需对金属粉完全熔融实现了金属粉的增强改性，不但工艺简短，而且能耗低、成本低，适合于规模化生产。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本专利技术的范围内。实施例11）将1重量份的碳酸钠、2重量份的粘接剂聚丙烯酸与适量水配制成粘稠液体，粘稠液体的粘度在5-8cP之间，然后与50重量份的不锈钢粉体在高速分散机中加热至80-90℃，以900rpm的速度分散10min，使金属粉具有粘接性和附着性；2）将步骤1）得到的分散金属粉与20重量份的锂瓷石、3重量份的石英、2重量份的助熔剂硼酸锌送入螺旋输送扑粉机，螺旋输送扑粉机带动物料沿轴向移动，并通过螺旋体连续旋转将锂瓷石、石英微细粉粘接在金属粉表面；3）将步骤2）经过扑粉的金属粉在100℃下烘干，通过球磨过50目筛；4）将步骤3）得到的扑粉金属颗粒在氮气氛围中，在900-1100℃条件下煅烧10分钟，自然冷却，得到增强金属复合材料。将实施例1得到的增强金属复合材料通过三维打印技术激光来烧结层层铺叠的金属粉末，得到一种铰链，不锈钢金属制品断裂韧性为78MPa•m1/2，高于钛合金断裂韧性。实施例21）将2重量份的碳酸钠、1.5重量份的粘接剂聚乙二醇与适量水配制成粘稠液体，粘稠液体的粘度在5-8cP之间，然后与55重量份的金属镍粉在高速分散机中加热至90℃，以1000rpm的速度分散15min，使金属粉具有粘接性和附着性；2）将步骤1）得到的分散金属粉与25重量份的锂瓷石、5重量份的石英、3重量份的助熔剂氧化锌送入螺旋输送扑粉机，螺旋输送扑粉机带动物料沿轴向移动，并通过螺旋体连续旋转将锂瓷石、石英微细粉粘接在金属粉表面；3）将步骤2）经过扑本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于3D打印的增强金属复合材料，其特征是：其原料按重量份计为：金属粉末 50‑60份，锂瓷石 20‑25份，石英 3‑8份，助熔剂 2‑3份，碳酸钠 1‑3份，粘接剂 0.5‑2份；其中，所述的金属粉末为不锈钢粉体、金属铜粉、金属镍粉、金属铁粉、金属钛粉中的一种，颗粒粒径小于100目；所述的锂瓷石为粒径小于1250目的微细粉体，其中Li2O＞3%，K2O ＞2.5%，Na2O＞2.5%；所述的石英为粒径小于1250目的微细粉体；所述的助熔剂为硼酸锌、氧化锌、碳酸钡中的一种；所述的粘接剂为聚丙烯酸、聚乙二醇、甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、水性聚氨酯其中至少一种；所述增强金属复合材料，是由如下方法制备而成： 1）将1‑3重量份的碳酸钠、0.5‑2重量份的粘接剂与适量水配制成粘稠液体，粘稠液体的粘度在5‑8cP之间，然后与50‑60重量份的金属粉在高速分散机中加热至80‑90℃，以900‑1500rpm的速度分散10‑15min，使金属粉具有粘接性和附着性；2）将步骤1）得到的分散金属粉与20‑25重量份的锂瓷石、3‑8重量份的石英、2‑3重量份的助熔剂送入螺旋输送扑粉机，螺旋输送扑粉机带动物料沿轴向移动，并通过螺旋体连续旋转将锂瓷石、石英微细粉粘接在金属粉表面；3）将步骤2）经过扑粉的金属粉在100‑120℃下烘干，通过球磨过50目筛；4）将步骤3）得到的扑粉金属颗粒在氮气氛围中，在900‑1100℃条件下煅烧10‑15分钟，自然冷却，得到增强金属复合材料。...
【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的增强金属复合材料，其特征是：其原料按重量份计为：金属粉末50-60份，锂瓷石20-25份，石英3-8份，助熔剂2-3份，碳酸钠1-3份，粘接剂0.5-2份；其中，所述的金属粉末为不锈钢粉体、金属铜粉、金属镍粉、金属铁粉、金属钛粉中的一种，颗粒粒径小于100目；所述的锂瓷石为粒径小于1250目的微细粉体，其中Li2O＞3%，K2O＞2.5%，Na2O＞2.5%；所述的石英为粒径小于1250目的微细粉体；所述的助熔剂为硼酸锌、氧化锌、碳酸钡中的一种；所述的粘接剂为聚丙烯酸、聚乙二醇、甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、水性聚氨酯其中至少一种；所述增强金属复合材料，是由如下方法制备而成：1）将1-3重量份的碳酸钠、0.5...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，曾军堂，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51
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