本发明专利技术提供一种3D打印用金属基复合材料及其制备方法，3D打印用金属基复合材料，包括如下组分：铁粉30‑80重量份；辅助粉10‑30重量份；单晶蓝宝石晶须1~30重量份；润滑剂5~15重量份；所述辅助粉为Cr、Ni、Cu、Mn、Si、Mo、Nb 和C粉末的混合物。本发明专利技术的一种3D打印用金属基复合材料具有高强度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等多种性能，适用于功能性原型件和系列零件（涡轮发动机燃烧室，薄壁、复杂零部件），被广泛应用于工业和航空航天领域。
【技术实现步骤摘要】
一种3D打印用金属基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3D打印用金属基复合材料及其制备方法。
技术介绍
不锈钢材料，高强度和韧性，适用于功能性原型件和系列零件，被广泛应用于工业和航空航天领域。单晶蓝宝石晶须(SinglecrystalsapphireWhisker，亦称单晶蓝宝石纤维)是一种具有一定长径比的单晶氧化铝晶须，具有超强机械强度、抗热冲击、比重小、抗氧化、高耐磨量和高耐腐蚀性等优异的物理性能。单晶蓝宝石晶须适合作为陶瓷、金属、塑料及橡胶的增强组元。因此，单晶蓝宝石晶须成为第三代先进复合材料的最佳选择。3D打印技术的原理是叠层制造，逐层增加材料来生成三维实体的技术，所以又被称为增材制造技术。不但客服了传统减材制造的浪费和损耗，而且使产品制造精准化，高效化，智能化。特别是涉及到复杂形状的高端产品，3D打印技术显示出巨大的优越性。被誉为颠覆传统制造业的第三次工业革命，被列入我国战略性新兴产业。但是由于3D打印技术是对传统制造模式的颠覆，3D打印材料成为3D打印技术的瓶颈，限制了3D打印技术的发展，同时这也成为3D打印技术的创新点和难点。目前，常用的3D打印材料多是塑料材料，利用塑料材料可熔性和热塑性的特征，在熔融状态下，通过挤出，凝固并层层叠加，最终形成产品。塑料材料因其具有良好的热流动性、快速冷却粘结性和较高的机械强度，在3D打印领域得到快速发展和广泛的应用。但是3D打印技术最终会向高端工业领域应用上发展，而树脂塑料材料无法满足高端工业的需求，因此，3D打印材料逐步从高分子材料向金属基材料发展。3D打印主流成型技术包括选择性激光烧结（SLS）、熔融沉淀成型（FDM）、立体光固化（SLA）等。金属粉末作为3D打印原料，主要采用选择性激光烧结。选择性激光烧结技术是用高能量束（激光、电子束）作为热源，对粉末进行选区熔化，冷却后连续堆积，最终形成产品，由于金属通常熔点较高，又容易被氧化，这样会影响产品的强度。熔融的金属材料在凝固过程中体积收缩，会造成巨大的热应力，这也会影响材料的强度。另一方面，由于金属粉末粒径分布不均，冷却结晶过程复杂且难以控制，会出现晶体长大和枝晶等，必将降低材料的力学性能，导致产品无法获得高端应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种3D打印用金属基复合材料及其制备方法，在不锈钢中加入单晶蓝宝石晶须后，可以显著提高制品在高温下的弯曲弹性模量、抗拉强度，具有高强度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等多种性能，用于制备高强、高韧精细工程构件，例如涡轮发动机燃烧室，薄壁、复杂零部件。为实现以上目的，本专利技术的技术方案为：一种3D打印用金属基复合材料，包括按重量计的如下组分：铁粉30-80重量份辅助粉10-30重量份单晶蓝宝石晶须1~30重量份润滑剂5~15重量份；所述辅助粉为Cr、Ni、Cu、Mn、Si、Mo、Nb和C粉末的混合物。所述的3D打印用金属基复合材料，各组分重量份数优选为：铁粉35-75重量份辅助粉20重量份单晶蓝宝石晶须1~30重量份润滑剂5~15重量份。所述辅助粉中Cr、Ni、Cu、Mn、Si、Mo、Nb和C的重量分数分别为：Cr12；Ni4；Cu3；Mn0.3；Si0.3；Mo0.2；Nb0.15；C0.05。所述单晶蓝宝石晶须为直径0.1~1μm，长度为5~20μm，，优选长度为5-10μm；密度为4g/cm3，纯度（wt%）为90-99.9%的单晶蓝宝石晶须。所述润滑剂为石蜡或甲基丙烯酸酯至少一种。（1）将Fe、Cr、Ni、Cu、Mn、Si、Mo、Nb和C粉末单晶蓝宝石晶须和润滑剂按照配方量加入分散剂中，搅拌6~18h。所述分散剂为去离子水或无水乙醇，所述各粉末、单晶蓝宝石晶须和润滑剂与分散剂的体积比为1：1~10，所述搅拌速度为350~550r/min。（2）向上述混合液在超声处理10~30min。（3）将分散混合均匀的混合料在真空抽滤机上抽滤。（4）将抽滤所得混合粉末干燥在60℃~80℃的干燥箱内4~6h烘干备用。（5）将混合粉末放在氩气保护装置内，预先通入一定流量的高纯氩气，使装置腔内含氧量小于40μL/L。所述高纯氩气流量为4~40L/min纯度≥99.99%。（6）运行程序，通过激光自动送粉器，将混合粉末喷射到激光束产生的熔池中，形成不锈钢和单晶蓝宝石晶须结合的激光熔覆层，通过每一层的数控加工程序实现逐层熔覆，最终得到所需形状的三维不锈钢构件。本专利技术的有益效果是：有益效果：（1）本专利技术的一种3D打印用金属基复合材料具有高强度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等多种性能，适用于功能性原型件和系列零件（涡轮发动机燃烧室，薄壁、复杂零部件），被广泛应用于工业和航空航天领域。（2）本专利技术的一种3D打印用金属基复合材料具有粉体颗粒小，粒径分布窄，流动性较好，与3D打印机成型速度匹配性较好；产品性质稳定，精度高。（3）本专利技术的一种3D打印用金属基复合材料过程简单，易于工业化生产；（4）本专利技术的一种3D打印用金属基复合材料原料易得，成本低，而且具有良好的环境效益和经济效益。具体实施方式通过实施例进一步详述本专利技术。实施例1（1）Fe、Cr、Ni、Cu、Mn、Si、Mo、Nb、C、单晶蓝宝石晶须和润滑剂的质量百分比为：Fe:74,Cr:12,Ni:4,Cu:3,Mn:0.3,Si:0.3,Mo:0.2,Nb:0.15,C:0.05,单晶蓝宝石晶须：1,石蜡：5。（2）按照上述配方量称取混合粉末1000g并加入无水1250ml乙醇中，搅拌以速度350r/min搅拌18h。（3）向上述混合液在超声处理10~30min。（4）将分散混合均匀的混合料在真空抽滤机上抽滤。（5）将抽滤所得混合粉末干燥在80℃的干燥箱内4~6h烘干备用。（6）将混合粉末放在氩气保护装置内，预先通入一定流量的高纯氩气，使装置腔内含氧量小于40μL/L。（7）运行程序，通过激光自动送粉器，将混合粉末喷射到激光束产生的熔池中，形成不锈钢和单晶蓝宝石晶须结合的激光熔覆层，通过每一层的数控加工程序实现逐层熔覆，最终得到所需形状的三维不锈钢构件。实施例2（1）Fe、Cr、Ni、Cu、Mn、Si、Mo、Nb、C、单晶蓝宝石晶须和润滑剂的质量百分比为：Fe:65,Cr:12,Ni:4,Cu:3,Mn:0.3,Si:0.3,Mo:0.2,Nb:0.15,C:0.05,单晶蓝宝石晶须：5,石蜡：10。（2）按照上述配方量称取混合粉末1000g并加入无水1800ml乙醇中，搅拌以速度450r/min搅拌10h。（3）向上述混合液在超声处理10~30min。（4）将分散混合均匀的混合料在真空抽滤机上抽滤。（5）将抽滤所得混合粉末干燥在80℃的干燥箱内4~6h烘干备用。（6）将混合粉末放在氩气保护装置内，预先通入一定流量的高纯氩气，使装置腔内含氧量小于40μL/L。（7）运行程序，通过激光自动送粉器，将混合粉末喷射到激光束产生的熔池中，形成不锈钢和单晶蓝宝石晶须结合的激光熔覆层，通过每一层的数控加工程序实现逐层熔覆，最终得到所需形状的三维不锈钢构件。实施例3（1）Fe、Cr、Ni、Cu、Mn、Si、Mo、Nb、C、单晶蓝宝石晶须和润滑剂的质量百分比为：Fe:60,Cr:12,Ni:4,Cu:3,Mn:0.3,本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种3D打印用金属基复合材料，其特征在于：包括按重量计的如下组分：铁粉 30‑80重量份辅助粉 10‑30重量份单晶蓝宝石晶须 1~30重量份润滑剂 5~15重量份；所述辅助粉为Cr 、Ni、 Cu、 Mn 、Si、 Mo、 Nb 和C粉末的混合物。
【技术特征摘要】
1.一种3D打印用金属基复合材料，其特征在于：包括按重量计的如下组分：铁粉30-80重量份辅助粉10-30重量份单晶蓝宝石晶须1~30重量份润滑剂5~15重量份；所述辅助粉为Cr、Ni、Cu、Mn、Si、Mo、Nb和C粉末的混合物。2.根据权利要求1所述的3D打印用金属基复合材料，其特征在于：各组分重量份数如下：铁粉35-75重量份辅助粉20重量份单晶蓝宝石晶须1~30重量份润滑剂5~15重量份。3.根据权利要求2所述的3D打印用金属基复合材料，其特征在于：所述辅助粉中Cr、Ni、Cu、Mn、Si、Mo、Nb和C重量分数为：Cr12；Ni4；Cu3；Mn0.3；Si0.3；Mo0.2；Nb0.15；C0.05。4.根据权利要求2所述的3D打印用金属基复合材料，其特征在于：所述单晶蓝宝石晶须为直径0.1~1μm，长度为5~20μm，密度为4g/cm3，纯度（wt%）为90-99.9%的单晶蓝宝石晶须。5.根据权利要求2所述的3D打印用金属基复合材料，其特征在于：所述润滑剂为石蜡或甲基丙烯酸酯至少一种。6.一种3D打印用金属基复合材料的制备方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔畅君，吴韬，金磊，刘仁辰，维克托，卡门，冯晓野，张斐斐，
申请(专利权)人：东莞深圳清华大学研究院创新中心，东莞纽卡新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44
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