用于3D打印的金属粉末或合金粉末的制备方法及节能型自动化系统技术方案

本发明专利技术提供了用于3D打印的金属粉末或合金粉末的制备方法及节能型自动化系统。本发明专利技术在真空紧耦合气雾化技术制备金属粉末的方法的基础上，使制备得到的粉末直接进入后处理工序，包括气流破碎、烘干混料、计量称重、铝箔封口等进行自动化生产，解决真空紧耦合气雾化技术制备金属粉末及后处理工序流程上操作繁琐、自动化不足、生产效率低问题。通过本发明专利技术制得的金属粉末、合金粉末具有球形度高，流动性好，氧含量低，粒度分布均匀，外观质量干燥、光滑，无明显氧化色的颗粒，纯净度高等性能特点。纯净度高等性能特点。纯净度高等性能特点。

【技术实现步骤摘要】
用于3D打印的金属粉末或合金粉末的制备方法及节能型自动化系统


[0001]本专利技术涉及3D打印材料制备
，尤其涉及一种用于3D打印的金属粉末或合金粉末的制备方法及节能型自动化系统。

技术介绍

[0002]3D打印粉末耗材是3D打印产业链中最重要的一环，也是最大的价值所在。金属粉末耗材的研发对于整个体系的发展起到了至关重要的作用。作为成形原材料，粉末的特性将直接影响到3D打印成形过程能否稳定、高效地进行，并且对成形零件的形状、尺寸精度、组织及力学性能产生决定性影响。例如金属粉末的粒径匹配，影响到打印工艺的适配性；提高颗粒的球形度、减少卫星球比率，可以保证粉末良好的流动性，提高打印工艺稳定性；减少合金粉末氧含量、夹杂和空心球比率，可以减少打印件组织内部缺陷的形成。因此，金属粉末材料是整个3D打印成形工艺的起点和根源。
[0003]目前我国3D打印金属粉末材料的市场主要被国外产品所占据。欧美国家依靠金属粉末制备核心技术，对我国高品质球形金属粉末市场形成垄断，不仅价格昂贵，而且对我国尖端航空航天领域用金属粉末材料实行严格的限购政策，购买程序复杂且周期长。国内虽也有企业进行3D打印用金属粉末的生产，但品质与成本依然无法与之抗衡。这种局面使得目前3D打印制件综合成本太高，严重限制了我国3D打印制品的规模化应用和相关行业的良性发展。
[0004]国内传统生产金属粉末的技术为真空紧耦合气雾化制备不同粒径段粉末，粒度范围分布呈现为正态分布，通过粉末后处理工序完成筛分、分级等，工序分散并且没有惰性气体保护，每一道工序流转都涉及更换集粉罐、粉末倒装、集粉罐翻转及对接、吊运、拆卸、安装、清洗等繁琐过程，而且，在流转过程中，很容易因为衔接不够而导致的生产质量问题。
[0005]而且，在生产过程中，气站三处泄压和雾化所用的惰性气体均排放到大气中，不能重复循环利用，例如气站排放的氩气纯度达到99.999％，温度均在
‑
20℃至
‑
120℃，雾化后氩气排放的纯度99.995％，温度均在10℃
‑
50℃，是较好的冷却降温能源和可再用氩气，均没有得到有效地利用，经统计使用1吨液氩雾化生产气站泄压排放浪费0.05吨液氩，约合人民币80
‑
100元，经粉末雾化后的氩气全部排放到室外，严重地耗费时间、人力、物力及惰性气体，生产效率低，成本高，与当代自动化生产与节能环保的发展理念不符。并且真空紧耦合气雾化技术所制备的粉末存在大量卫星粉、收得率低、流动性差等固有缺点，在粉末后处理工序中粉末均会与空气接触，导致粉末氧含量增高，进而影响金属3D打印过程的顺利进行及打印件的性能的稳定性。
[0006]另外，真空紧耦合气雾化设备在高温地区连续生产时，进电大轴铜排处经常出现打弧及温度高的现象，容易使水箱的水温持续上升55
‑
65℃，而且难以冷却，生产稳定性差。针对这样的问题，目前常用的方法为换水，不能解决根本问题，而且会增加不必要的工作量。
[0007]因此，高效、快速地实现工业自动化生产及减少成品粉末中卫星球所占的比例、提高粉末流动性、提升生产效率、提高粉末收得率、保证生产稳定性、排放的氩气得到合理化利用、节能、降本成为目前急需解决的重难点问题。

技术实现思路

[0008]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种3D打印材料的制备方法，通过采用气流破碎工艺来提高粒径15
‑
53μm的粉末的收得率。
[0009]本专利技术的目的还在于提供一种用于制备3D打印材料的节能型自动化系统。
[0010]为达到上述目的，本专利技术首先提供了一种用于3D打印的金属粉末或合金粉末的制备方法，其包括以下步骤：
[0011]在氩气保护下，对雾化得到的金属粉末或合金粉末进行气流粉碎，得到粒度为15
‑
53μm的金属粉末或合金粉末。
[0012]根据本专利技术的具体实施方案，在制备用于3D打印的金属粉末或合金粉末的过程中，对经过雾化得到的粉末进行气流粉碎/破碎，能够有效打散卫星球粉末，能够使粒径15
‑
53μm的粉末的收得率以及粉末的流动性均获得一定的提升，相对于将气雾化得到的粉末进行气流分级处理获得粒径15
‑
53μm的粉末的常规方法，本专利技术所提供的技术方案能够使粒径15
‑
53μm的粉末的收得率提升4
‑
7％，而且粉末的流动性可提升2
‑
4s/50g，能够很好地解决粉末流动性差、卫星球多、粉末收得率低的问题。
[0013]根据本专利技术的具体实施方案，优选地，上述制备方法包括以下具体步骤：
[0014](1)将金属粉末或合金粉末的元素料放入熔炼坩埚内；
[0015](2)在氩气保护下，将元素料熔炼成熔液；
[0016](3)将所述熔液加热至过热度达到200
‑
350℃，保温10
‑
20分钟，同时将中间包加热到1200
‑
1600℃；
[0017](4)使熔液注入中间包，然后对熔液进行雾化，得到金属粉末或合金粉末，其中，雾化压力优选为4
‑
6MPa；
[0018](5)在氩气保护下，对雾化得到的金属粉末或合金粉末进行气流粉碎，得到粒度为15
‑
53μm的金属粉末或合金粉末；
[0019](6)在氩气保护下，对粒度为15
‑
53μm的金属粉末或合金粉末进行烘干、混料，完成制备过程。
[0020]在上述制备方法中，优选地，在步骤(5)中，所述气流粉碎采用气流破碎机进行，更优选地，所述气流破碎机预先通入氩气，使通入的氩气压力达到0.2
‑
0.5MPa，气流破碎机内部氧含量控制为≤50ppm。通入氩气的时间可以控制为约1min，以使通入的氩气的压力达到上述要求。
[0021]在上述制备方法中，优选地，在步骤(5)中，雾化得到的金属粉末或合金粉末先冷却到≤30℃，再进行气流粉碎。
[0022]在上述制备方法中，优选地，在步骤(5)中，所述气流破碎机的破碎时间为20
‑
30min，流化床压力为0.5
‑
1MPa。
[0023]在上述制备方法中，优选地，在步骤(5)中，所述气流破碎机的一级分级轮的角度为10
‑
20
°
，频率为5
‑
10Hz，分级破碎得到的粒径＞53μm的粉末落入所述气流破碎机的一级
集粉桶中；
[0024]所述气流破碎机的二级分级轮的角度为30
‑
40
°
，频率为15
‑
25Hz，分级破碎得到的粒径为15
‑
53μm的粉末落入所述气流破碎机的二级集粉桶中；
[0025]分级破碎得到的粒径为0
‑
15μm的粉末落入所述气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的金属粉末或合金粉末的制备方法，其包括以下步骤：在氩气保护下，对雾化得到的金属粉末或合金粉末进行气流粉碎，得到粒度为15
‑
53μm的金属粉末或合金粉末。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，该制备方法包括以下步骤：(1)将金属粉末或合金粉末的元素料放入熔炼坩埚内；(2)在氩气保护下，将元素料熔炼成熔液；(3)将所述熔液加热至过热度达到200
‑
350℃，保温10
‑
20分钟，同时将中间包加热到1200
‑
1600℃；(4)使熔液注入中间包，然后对熔液进行雾化得到金属粉末或合金粉末，其中，雾化压力优选为4
‑
6MPa；(5)在氩气保护下，对雾化得到的金属粉末或合金粉末进行气流粉碎，得到粒度为15
‑
53μm的金属粉末或合金粉末；(6)在氩气保护下，对粒度为15
‑
53μm的金属粉末或合金粉末进行烘干、混料，完成制备过程。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述气流粉碎采用气流破碎机进行，优选地，所述气流破碎机预先通入氩气，使通入的氩气压力达到0.2
‑
0.5MPa，气流破碎机内部的氧含量控制为≤50ppm。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其中，雾化得到的金属粉末或合金粉末先冷却到≤30℃，再进行气流粉碎。5.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述气流破碎机的破碎时间为20
‑
30min，流化床压力为0.5
‑
1MPa。6.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述气流破碎机的一级分级轮的角度为10
‑
20
°
，频率为5
‑
10Hz，分级破碎得到的粒径＞53μm的粉末落入所述气流破碎机的一级集粉桶中；所述气流破碎机的二级分级轮的角度为30
‑
40
°
，频率为15
‑
25Hz，分级破碎得到的粒径为15
‑
53μm的粉末落入所述气流破碎机的二级集粉桶中；分级破碎得到的粒径为0
‑
15μm的粉末落入所述气流破碎机的三级集粉桶中，风机频率40
‑
50Hz。7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述合金粉末为镍基合金粉末；以重量百分比计，该镍基合金的元素料组成包括：Cr 5
‑
8％，Fe≤1％，Si 2.5
‑
4.5％，Mn 0.3
‑
0.8％，C≤1％，Mo 2.5
‑
4.5％，Cu 2
‑
5.5％，Nb≤1％，Ti≤1％，B≤1％，Ni余量；优选地，在向熔炼坩埚内添加元素料时，加入顺序为Ni、Cr、Fe、Nb、Mo、Cu、Ti、C、B、Si、Mn。8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述雾化在真空气雾化设备中进行；优选地，所述真空气雾化设备为真空雾化熔炼炉，该真空雾化熔炼炉的熔炼室、雾化室、一级旋风分离器抽至真空状态，并填充氩气作为气体保护；更优选地，抽至真空状态时的压强为5
×
10
‑2Pa
‑9×
10
‑2Pa。9.根据权利要求2所述的制备方法，其中，在步骤(3)中，所述熔液是加热至1640
‑
1680℃。
10.根据权利要求2所述的制备方法，其中，对熔液进行雾化得到金属粉末或合金粉末包括：使熔液经中间包的坩埚底部的漏嘴在重力和负压抽吸力的共同作用下流入集粉罐，在超高速惰性气体流的冲击作用下，熔液冷却成微细液滴，凝固后得到金属粉末或合金粉末；优选地，所述漏嘴的直径为3
‑
5mm；优选地，所述负压抽吸力由鼓风机提供，更优选地，所述鼓风机的频率为40
‑
45Hz。11.根据权利要求2所述的制备方法，其中，在步骤(6)中，所述烘干、混料在抽真空并回填氩气进行保护的烘干混料机中进行；优选地，抽真空至压强为≤1Pa，回填的氩气的压力为0.2
‑
0.5MPa，烘干温度≥120℃，混料时的电机频率为20
‑
30Hz，混料时间为30
‑
60min。12.根据权利要求2所述的制备方法，其中，该方法还包括：将经过烘干、混料的粒度为15
‑
53μm的金属粉末或合金粉末进行分装的步骤；优选地，所述分装采用氩气保护下的分装机进行，通过烘干混料机的料筒电磁阀将金属粉末或合金粉末放入分装机的料仓中，通过螺旋杆下料将金属粉末或合金粉末进行分装；更优选地，分装机中充入的氩气压力为0.2
‑
0.5MPa；进一步优选地，所述螺...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭韶山，顾孙望，卢林，吴文恒，张亮，缪旭日，刘伟兵，杨华，陈洋，车鹏，张慎云，王亚琴，童瑞晗，
申请(专利权)人：中天上材增材制造有限公司，
类型：发明
国别省市：