一种3D打印金属粉末的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种3D打印金属粉末的制备方法，包括配料、熔炼、脱氧、造渣、捞渣处理、鼓气成球、雾化成形、收集的步骤。本发明专利技术在雾化成形之前，增加了鼓气成球的工艺：将氩气按照一定的比例注入到待用合金中，形成内部为氩气的待用合金液态珠，在雾化的过程中，由于温度的略微降低，同时压强降低，氩气作为动力极快地使金属体积扩大，然后经过雾化喷嘴的作用，同时氩气的扩张作用，使得雾化后的金属颗粒的粒径更小，粒度小于20μm的粉末一次成品率≥40%，而且氩气的作用使得金属颗粒球形度更高，可以达到球形度≥90%，达到了世界领先水平，大大推动了我国3D打印金属粉末的发展。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及3D材料制造领域，具体涉及一种3D打印金属粉末的制备方法。
技术介绍
日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具车，打印各种模型，甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技术称为3D立体打印技术。目前的3D 打印金属粉末作为金属零件3D 打印产业链最重要的一环，也是最大的价值所在。在“2013 年世界3D 打印技术产业大会”[3]上，世界3D 打印行业的权威专家对3D 打印金属粉末给予明确定义，即指尺寸小于1mm 的金属颗粒群。包括单一金属粉末、合金粉末以及具有金属性质的某些难熔化合物粉末。目前，3D 打印金属粉末材料包括钴铬合金、不锈钢、工业钢、青铜合金、钛合金和镍铝合金等。但是3D 打印金属粉末除需具备良好的可塑性外，还必须满足粉末粒径细小、粒度分布较窄、球形度高、流动性好和松装密度高等要求。为了进一步证明3D 打印金属粉末对产品的影响。申请人采用选择性激光烧结法（SLS 法）打印两种不同的不锈钢粉末，发现制备出的产品存在明显差异。德国某厂家的不锈钢粉末打印样品表面光泽、收缩率小、不易变形、力学性能稳定。而国内某厂家的不锈钢粉末的打印样品则远远不及前者。为此，对两种不同的不锈钢粉末进行的微观形貌分析。从晶相图可以看出，粉末颗粒球形度好，颗粒尺寸分布在11.2~63.6μm 范围内。而国内某厂家的不锈钢粉末的微观结构，可以看出，其颗粒为不规则块状，尺寸较小。国外的企业一直掌控着3D打印金属粉末的制造工艺瓶颈，严重制约了我国3D打印金属粉末的发展。
技术实现思路
本专利技术所要解决的目的在于提供一种3D打印金属粉末的制备方法，解决目前我国掌握的3D打印金属粉末技术制造的产品存在粒径不均匀、圆形度较差的问题。本专利技术通过下述技术方案实现：一种3D打印金属粉末的制备方法，包括以下步骤:（a）配料：将金属按照成品合金的配比准备；（b）熔炼：将步骤（a）准备的合金原料投入真空熔炼炉中升温到一定温度进行合金化熔炼；（c）将生成的合金熔液经过充分合金化后投入多元复合精炼剂进行脱氧、造渣、捞渣处理，制成待用合金；（d）鼓气成球：将氩气按照一定的比例注入到待用合金中，形成内部为氩气的待用合金液态珠；（e）雾化成形：将待用合金液态珠放入到中间漏包开始气雾化工序，形成雾状金属粉末；（f）收集：雾化后的雾状合金粉末进入氮雾中冷却，然后进入快速精密分级处理设备中进行分级处理，得到所需粒度范围的超细金属粉末。现有已经公开的3D打印金属粉末的制造工艺记载于2013年12月公开的《四川有色金属论文》编号为“文章编号： 1006-4079 （2013） 04-0048-04”，名称为《3D 打印金属粉末的制备方法》，该文详细记载了目前国内的3D打印业存在的问题和技术现状，在对现有技术的详细研究基础上，本申请的申请人对现有技术做出了重大的改进：本专利技术的3D打印金属粉末的制备方法与现有技术相比，在雾化成形之前，增加了鼓气成球的工艺：将氩气按照一定的比例注入到待用合金中，形成内部为氩气的待用合金液态珠，在此过程中，将液态的合金颗粒利用氩气充气扩大其体积，而且内部的氩气为后续的雾化作为部分动力，在雾化的过程中，由于温度的略微降低，同时压强降低，氩气作为动力极快地使金属体积扩大，然后经过雾化喷嘴的作用，同时氩气的扩张作用，使得雾化后的金属颗粒的粒径更小，粒度小于20μm的粉末一次成品率≥40%，而且氩气的作用使得金属颗粒球形度更高，可以达到球形度≥90%，达到了世界领先水平，大大推动了我国3D打印金属粉末的发展。具体的讲，所述步骤（b）熔炼包括以下步骤：（b1）按照合金组元的熔点从低至高的顺序将合金组元排序；（b2）按照熔点从低至高的顺序逐个熔炼，每种合金组元完全熔化后，以喷射氩气作为动力，对熔化后的合金进行搅拌，然后抽取氩气，保持真空，直至合金组元全部熔化。通过本专利技术的熔炼方法，在每种组元熔炼的过程中，利用氩气作为动力吹入到真空熔炼炉中，对混合溶液进行搅拌，可以充分的混合均匀，在晶相结构上，使得合金更加稳定，达到晶相结构的组合，而不再是单独的组分混合，经过氩气的带动后，真空环境中，合金的晶相结构更加稳定，也有利于控制产品的粒径均匀性。具体的讲，所述步骤（d）鼓气成球包括以下步骤：（d1）以氩气为介质，将熔炼后的合金通过吹塑喷嘴形成球形液态颗粒，并送入到悬浮室内；（d2）降温10～30℃,内部含有氩气的液态颗粒爆裂形成雾状合金粉末。利用现有技术中的吹塑喷嘴作为本专利技术中的喷嘴，将熔炼后的合金吹气形成液态颗粒，然后送入到悬浮室内，降温10～30℃可以提高合金液态颗粒的表面张力，使其在雾化操作前保持独立的球形颗粒状，为雾化提供了较完整的含气液态颗粒。具体地讲，所述步骤（f）收集中，氮雾的粒径为5～10μm。冷却收集的过程中，申请人对雾化的氮雾进行了研究，发现氮雾的粒径对于冷却的时间有着明显的影响，同时，氮雾粒径还对雾状粉末合金的球形度产生影响，氮雾的表面张力对于合金颗粒的表面具有均匀的拉扯作用，经过多年的实验和理论研究，对于合金粉末而言，当氮雾的粒径过小的时候，虽然可以提高冷却成型的效果，但是对于粒径并没有影响，如果氮雾的粒径较大，合金颗粒表面粘附的氮雾颗粒数量少，造成合金颗粒表面张力的不均匀，对于球形度也是不利的，鉴于上述发现，本申请的申请人对于氮雾的粒径进行了改进，当氮雾的粒径为5～10μm时，合金粉末颗粒的粒径在10～10μm，球形度达到95%，这样的材料在世界范围内，都属于领先水平。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术一种3D打印金属粉末的制备方法，在雾化成形之前，增加了鼓气成球的工艺：将氩气按照一定的比例注入到待用合金中，形成内部为氩气的待用合金液态珠，在此过程中，将液态的合金颗粒利用氩气充气扩大其体积，而且内部的氩气为后续的雾化作为部分动力，在雾化的过程中，由于温度的略微降低，同时压强降低，氩气作为动力极快地使金属体积扩大，然后经过雾化喷嘴的作用，同时氩气的扩张作用，使得雾化后的金属颗粒的粒径更小，粒度小于20μm的粉末一次成品率≥40%，而且氩气的作用使得金属颗粒球形度更高，可以达到球形度≥90%，达到了世界领先水平，大大推动了我国3D打印金属粉末的发展；2、本专利技术一种3D打印金属粉末的制备方法，在每种组元熔炼的过程中，利用氩气作为动力吹入到真空熔炼炉中，对混合溶液进行搅拌，可以充分的混合均匀，在晶相结构上，使得合金更加稳定，达到晶相结构的组合，而不再是单独的组分混合，经过氩气的带动后，真空环境中，合金的晶相结构更加稳定，也有利于控制产品的粒径均匀性；3、本专利技术一种3D打印金属粉末的制备方法，当氮雾的粒径为5～10μm时，合金粉末颗粒的粒径在1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印金属粉末的制备方法，其特征在于包括以下步骤:（a）配料：将金属按照成品合金的配比准备；（b）熔炼：将步骤（a）准备的合金原料投入真空熔炼炉中升温到一定温度进行合金化熔炼；（c）将生成的合金熔液经过充分合金化后投入多元复合精炼剂进行脱氧、造渣、捞渣处理，制成待用合金；（d）鼓气成球：将氩气按照一定的比例注入到待用合金中，形成内部为氩气的待用合金液态珠；（e）雾化成形：将待用合金液态珠放入到中间漏包开始气雾化工序，形成雾状金属粉末；（f）收集：雾化后的雾状合金粉末进入氮雾中冷却，然后进入快速精密分级处理设备中进行分级处理，得到所需粒度范围的超细金属粉末。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印金属粉末的制备方法，其特征在于包括以下步骤:（a）配料：将金属按照成品合金的配比准备；（b）熔炼：将步骤（a）准备的合金原料投入真空熔炼炉中升温到一定温度进行合金化熔炼；（c）将生成的合金熔液经过充分合金化后投入多元复合精炼剂进行脱氧、造渣、捞渣处理，制成待用合金；（d）鼓气成球：将氩气按照一定的比例注入到待用合金中，形成内部为氩气的待用合金液态珠；（e）雾化成形：将待用合金液态珠放入到中间漏包开始气雾化工序，形成雾状金属粉末；（f）收集：雾化后的雾状合金粉末进入氮雾中冷却，然后进入快速精密分级处理设备中进行分级处理，得到所需粒度范围的超细金属粉末。2.根据权利要求1所述的一种3D打印金属粉末的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚妮娜，冉春，周定杨，郑敏，黄小平，
申请(专利权)人：四川有色金源粉冶材料有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51