一种生产3D打印用工具钢粉末的方法技术

本申请提供一种使用二氧化碳以及氮气的混合气体作为雾化气体生产3D打印用工具钢粉末的方法，包括原料准备、场外混气、气体加压、雾化、计算机控制五部分。本发明专利技术使用二氧化碳以及氮气的混合气体代替氮气作为雾化以及冷却气体，能够减少粉末增氮。同时二氧化碳密度远大于氮气，在相同的条件下可以提高雾化气流的出口动能，有利于金属颗粒的雾化，雾化后的工具钢金属粉末，粒度小于20μm的粉末一次成品率≥50％，球形度≥95％，推动了我国3D打印工具钢金属粉末的发展。

A method of producing tool steel powder for 3D printing

【技术实现步骤摘要】
一种生产3D打印用工具钢粉末的方法
本专利技术属于金属3D打印领域，具体涉及一种使用二氧化碳与氩气的混合气体作为雾化气体来生产3D打印用工具钢金属粉末的制备方法。
技术介绍
3D打印技术在模具中的应用，尤其在模具随形冷却系统中的应用是目前金属3D打印业务中应用最成熟领域之一，工具钢粉末可以打印注塑模具的前后模芯，镶块，滑块，导柱及热流道水套等，具有降低成型周期、提高产品质量、模具温度场更均匀等优点。工具钢粉末的原料属于低碳马氏体时效硬化型塑料模具钢,钢中起时效硬化作用的合金元素是钛、铝、钴、钼。杂质对马氏体时效硬化钢的性能影响显著，对屈服强度较高的钢影响效果更明显。这就要求该类钢要经过真空熔炼来减少杂质、偏析和钢锭中的含气量，以保证材料有较好的韧性和抗疲劳性能。目前生产3D打印用工具钢粉末多使用氮气作为雾化气体，但完全使用氮气作为雾化气体容易造成工具钢3D打印粉末增氮，降低了打印成型件的韧性。同时氮气的密度略小于空气，根据出口冲击动能与气体的速度以及质量有关。提供的冲击气体出口速度与容积保持相同时，密度大的气体具有更好的冲击动能。二氧化碳气体的密度远高于氮气，冲击动能远高于氮气，冲击效果优于氮气；并且作为一种温室气体，利用二氧化碳气体也符合国家节能减排的需要。但是由于二氧化碳气体具有一定的弱氧化性，为防止粉末出现增氧现象，二氧化碳气体与氮气混合的比例与出口压力需要进行精确控制。
技术实现思路
本专利技术所提供的是一种使用二氧化碳与氮气的混合气体作为雾化与冷却气体生产3D打印用工具钢粉末的方法，解决了目前3D打印用工具钢粉末生产使用氮气增氮的问题，同时也能利用二氧化碳气体，起到节能减排的作用。一种使用二氧化碳气体与氮气的混合气体作为雾化气体生产工具钢3D打印粉末的方法，包括以下步骤：该种生产工具钢粉末的方法包括原料准备、场外混气、气体加压、雾化，计算机控制系统五部分，原料准备包括，选用方坯连铸机生产的工具钢棒作为原料，要求原料含氮量≤70ppm，含碳量质量分数为0.02％～0.03％，；工具钢棒使用打磨的方法去掉表面氧化物锈层，并切割成30～50cm的小段；场外混气包括，将100L混气罐抽真空至70～100pa间，然后将氮气由混气罐下方通入混气罐中，再切换阀门将外购的液态二氧化碳气体由混气罐上方通入，二氧化碳气体填充比例≤25％(体积分数)。氮气与二氧化碳气体混合完成后，在混气罐中静置3～5分钟，确保气体混合均匀；气体加压包括，混合气体在混气罐通过管道进入气体增压泵，增压泵将混合气体压力增加到2.5～5MPa。雾化与冷却过程包括，加压气体通过喷头喷出，击碎金属液滴，获得金属粉末，并充满雾化塔，作为冷却与保护气体。计算机控制系统包括，在计算机上增加氮气与二氧化碳气体的混气系统，方便自动化操作以及监控气体流量。附图说明图1是表示本申请工作时的二氧化碳气体与氮气的混气装置；图2是控制面板上增加的氮气与二氧化碳气体的混气系统控制图；图3是实施例1生产粉末微观结构图；图4是实施例2生产粉末微观结构图；图5是实施例3生产粉末微观结构图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例1：使用表1所示成分的工具钢，要求选用方坯连铸机生产的工具钢棒作为原料。原料使用打磨的方法去掉表面氧化物锈层，并切割成30～50cm的小段，放入真空雾化喷粉设备中，设置功率为20kw，加热，保证原料完全熔化。表1.原料化学成分表(％)CTiMnPSCoMoNiN0.020.6≤0.10≤0.01≤0.018.54.61870ppm将100L混气罐抽真空至100pa以下，然后先将氮气通入混气罐中，再切换阀门将外购的液态二氧化碳气体通入混气罐中，二氧化碳气体填充比例为5％。同时打开雾化塔的罗茨泵，将雾化塔保持在1000Pa的真空度以下。氮气与二氧化碳气体混合完成后，在混气罐中保持5分钟，确保气体混合均匀；混合气体通过气体增压泵加压到3MPa，通过喷头喷出，充满整个雾化塔，并将熔化滴落的工具钢金属液通过气体的冲击力制成球形颗粒。雾化后的粉末进入充满氮气与二氧化碳气体的雾化塔中冷却，然后进入分级设备中进行处理，得到所需粒度范围的3D打印用工具钢金属粉末。金属粉末通过收集，粒度小于20μm的粉末一次成品率为60％，球形度为96％。氮含量为81Pppm，远小于完全使用氮气作为雾化气体容易造成工具钢3D打印粉末氮含量。粉末形貌图如图3所示。实施例2：1.使用表2所示成分的工具钢，要求选用方坯连铸机生产的棒状工具钢为原料。原料使用打磨的方法去掉表面氧化物锈层，并切割成30～50cm的小段，放入真空雾化喷粉设备的感应熔炼炉内，将感应熔炼炉抽真空至200pa，设置功率为20kw，加热，保证原料完全熔化。表2.原料化学成分表CTiMnPSCoMoNiN0.0250.7≤0.10≤0.01≤0.0194.918.560ppm2.将100L混气罐抽真空至100Pa间，然后先将氮气通入混气罐中，再切换阀门将外购的液态二氧化碳气体通入混气罐中，二氧化碳气体填充比例为10％。同时打开雾化塔的罗茨泵，将雾化塔保持在1000Pa的真空度以下。3.氮气与二氧化碳气体混合完成后，在混气罐中保持5分钟，确保气体混合均匀；混合气体通过气体增压泵加压到3.5MPa，通过喷头喷出，充满整个雾化塔，并将熔化滴落的工具钢金属液通过气体的冲击力制成球形颗粒。4.雾化后的粉末进入充满氮气与二氧化碳气体的雾化塔中冷却，然后进入分级设备中进行处理，得到所需粒度范围的3D打印用工具钢金属粉末。实物如图4所示。实施例3：1.使用表3所示成分的工具钢，要求选用方坯连铸机生产的棒状工具钢为原料。原料使用酸洗或者打磨的方法去掉表面氧化物锈层，并切割成30～50cm的小段，放入真空雾化喷粉设备的感应熔炼炉内，将感应熔炼炉抽真空至200pa，设置功率为20kw，加热，保证原料完全熔化。表3.原料化学成分表CTiMnPSCoMoNiN本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利涉及一种使用二氧化碳以及氮气的混合气体作为雾化气体生产3D打印工具钢粉末的方法。/n

【技术特征摘要】
1.本专利涉及一种使用二氧化碳以及氮气的混合气体作为雾化气体生产3D打印工具钢粉末的方法。


2.权利要求1所涉及的方法是以工具钢棒作为原料，要求原料含氮量≤70PPM，含碳量为0.02％～0.03％，工具钢棒使用打磨的方法去掉表面氧化物锈层，并切割成30～50cm的小段。


3.权利要求1使用二氧化碳以及氮气的混合气体作为雾化以及冷却气体，该混合气体中二氧化碳的体积含量为0％～25％，剩余全部为氮气。


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【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊孚，吴苏州，
申请(专利权)人：深圳市晶莱新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44