本发明专利技术公开了一种金属粉末的非热等离子体处理以改进它们在增材制造(AM)中的可加工性。本发明专利技术包括通过非热等离子体处理的方式将由金属或金属合金组成的初级颗粒结合到由金属、金属合金、陶瓷或聚合物组成的多个次级颗粒。初级颗粒具有大于次级颗粒的平均直径。两种颗粒都通过非热等离子体辉光放电注入和/或在其余辉区域(等离子体放电的下游区域)中，它们的表面通过去除污染物和/或氧化物层而被清洁，并被活化以相互反应。然后收集功能化的金属粉末，并且然后通过AM进行加工，从而产生高质量部件。通过这种等离子体处理生产的功能化的金属粉末提高AM对金属的可加工性。事实上，降低反射率、去除污染物和氧化物层、增强熔融材料的各向同性凝固以及降低烧结温度提高了基于粉末的AM工艺的效率。基于粉末的AM工艺的效率。基于粉末的AM工艺的效率。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增材制造应用的由非热等离子体辉光放电制备的小颗粒功能化的金属粉末
[0001]本专利技术涉及一种提供非热等离子体工艺以生产金属或金属合金功能化的粉末的方法。本专利技术还涉及一种通过熔融或烧结增材制造工艺来加工功能化的粉末的方法。
[0002]更具体地，本专利技术涉及一种金属粉末的等离子体处理以改进它们在增材制造中的可加工性。
技术介绍
[0003]增材制造(AM)是一种用于加工各种材料的复杂部件的新兴技术。增材制造工艺包括通过以定义的图案将材料层一层一层地堆叠在其他层上来构建三维物体。在增材制造的主要优势中，例如可以使用的材料种类繁多(聚合物、陶瓷、金属等)和大量可用的加工系统，设计传统制造无法加工的复杂部件的能力吸引了工业界的特别兴趣。
[0004]在该领域，通常区分三个主要类别的工艺。首先，通过激光，例如选择性激光烧结(SLS)、选择性激光熔融(SLM)；或通过电子束，例如电子束熔融(EBM)选择性烧结或熔融材料粉末床。高能束烧结或熔融粉末以产生第一层。一旦形成第一层，在表面上施加新的粉末层，并进行烧结或熔融以在前一层的顶部添加新层。重复该操作，直到生产出期望的部件。其次，定向能量沉积(DED)包括在激光或电子束的焦点处发送粉末流或材料线。材料熔融并沉积在表面上以逐层构建部件。第三，制品通过在表面上沉积挤出的粉末或材料线而形成。挤出喷嘴正在移动以跟踪目标部件。
[0005]使用高能束的增材制造工艺仍然面临一些重大挑战，尤其是在应用于金属或金属合金粉末时。事实上，如今只能制造在工业中使用的多于5000种金属或金属合金粉末中少数。必须克服几个浇口才能为工业提供具有高强度、耐磨性或抗氧化性的高性能金属合金。
[0006]一个挑战是诸如铝或铜的金属粉末的高反射率，这使得它们难以被激光源熔融或烧结。事实上，激光能量的主要部分可以被反射而不是被吸收以形成材料。该工艺必须以更高的功率进行，从而降低了其生产率。
[0007]金属粉末增材制造的另一个挑战是某些合金如铝会被空气中存在的水分氧化。该氧化层阻碍了粉末在加工过程中的正确烧结。粉末在使用前必须小心存放，并且必须调整系统以避免这种可能导致其成本(prize)增加的现象。
[0008]另一个挑战是形成具有裂纹、空隙和缺陷的微观结构，这在通过烧结工艺生产金属部件时通常会遇到。这些缺陷归因于熔融材料凝固的热力学。事实上，激光或电子束使用的急剧温度梯度导致高冷却速率。在某些合金的情况下，这种高冷却速率诱导各向异性凝固产生裂纹。
[0009]最后，一个重要的挑战是避免导致多相脆性结构的共晶或包晶分解。事实上，金属合金粉末在烧结过程中达到的高温常常会导致这种分解。使用烧结助剂降低烧结温度是冶金中经常遇到的策略。
[0010]为了应对这些挑战，一些化合物被添加到粉末中。例如，一些专利强调使用烧结助
剂如陶瓷颗粒(US6814926、US20180161874、US20160175929、US7070734、US10507638和US5980602A)来加强部件结构。烧结助剂充当晶粒细化剂和成核剂，降低烧结温度并导致熔融材料的各向同性凝固。这些颗粒限制了裂纹和空隙的数量，从而形成了强大的微观结构。然而，有时很难达到这些助剂的均匀分散，并且在制造部件时，微观结构中仍然存在缺陷。
[0011]实际上，如US3816080、US 3591362和US4706894中所述，通过在粉末表面的高能改性下通过共研磨(称为机械合成(mecanosynthesis))可以获得将两种粉末紧密混合。然而，获得的粉末没有达到增材制造所需的要求，因为粉末的表面没有完全恢复/功能化。
[0012]开发的一种解决方案是将烧结助剂颗粒附着到金属粉末颗粒上以改善烧结助剂分散。一些专利表明，将较小的颗粒与金属颗粒粉末结合会增加它们被增材制造加工的能力(US10005127、WO2015036802、WO2015184474、US20080248306、EP1594679、US20170368603、US20150337423、US20160339517、EP3088104和WO2018046871)。金属颗粒粉末的功能化解决了关于金属增材制造的一些问题。
[0013]例如，已经表明小颗粒附着在金属粉末颗粒上会改变其表面的化学性质和粗糙度。可以通过粉末颗粒上存在的较小颗粒的分布来控制表面粗糙度的变化。此外，已显示颗粒表面粗糙度影响反射率。增加表面粗糙度导致反射率降低(WO2015036802)。
[0014]另一个实例是功能化为金属氧化提供了额外的保护层，提高了粉末的易处理性，并降低了由于粉末部分氧化而产生缺陷部件的风险(US20170368603和US20150337423)。
[0015]最近，已经开发出将小颗粒附着在较大颗粒上的不同方式。其中大部分涉及化学反应(US20100209696)、乳液爆炸(emulsion detonation)(US20110183833)、激光烧蚀(US7527824)、热处理(US6652967)、等离子炬辅助流化床和高能研磨反应器(WO2018046871)，并已被用于各种应用作为催化或作为传感器。然而，这些生产路径的主要缺点或限制是它们的多步骤工艺、使用大量溶剂、危险化学品、需要高温、非连续工艺。
[0016]还考虑了等离子体处理以形成这种结构化颗粒。例如，通过在等离子体放电中注入两种前体，已经获得了负载在碳和铝上的钯催化剂(US5989648)。然而，大多数情况下，通过注入在放电中聚合的液体前体，将此类等离子体工艺应用于单体包覆的颗粒(US20080248306和US20080145553)。形成结构化颗粒的放电中的这种原位聚合不允许对产生的材料进行显着控制。另一个实例被描述为在等离子体放电中注入初级颗粒，以便分解并凝结在次级颗粒上。与前面的实例类似，由于在工艺过程中颗粒特性发生了变化，因此很难达到正确的控制。最后，一项专利描述了通过流化床生产功能化的粉末(WO2018046871)。将官能化颗粒喷洒到在受控温度下在流化床中循环的此类粉末上。这种反应可以通过等离子体炬辅助以促进杂原子如氮、碳、孔或氧的扩散。此外，热等离子体炬可用于提供粉末的球化。然而，在先前的专利中，等离子体不允许将成核剂、烧结助剂或小颗粒接枝到金属粉末上。此外，该过程不连续地限制了生产率。
[0017]总而言之，人们对专用于增材制造的功能化的粉末的兴趣是真实的，并且必须开发出有效的生产方式。其中一些已经建立，然而，需要一步的、无溶剂和无危险化学品的合成方法以及更好地控制颗粒特征对于扩大这些粉末在增材制造中的使用至关重要。
技术实现思路
[0018]在这种背景下以及与之相关的限制和问题的背景下开发了本专利技术。
[0019]需要一种Flight控制系统，其为非热等离子体处理的金属、金属合金粉末提供了在增材制造(AM)中的改进的可加工性。
[0020]因此，本专利技术的主要目的是提供一种非热等离子体处理，以提本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种提供非热等离子体工艺以生产由多个颗粒组成的金属或金属合金功能化的粉末的方法，所述功能化的粉末包括附着至多个较小的次级颗粒的初级颗粒，所述次级颗粒分布在用于增材制造应用的所述初级颗粒的表面上，所述非热等离子体工艺包括：提供金属或金属合金初级颗粒；提供金属、金属合金、陶瓷或聚合物次级颗粒；提供载气流以在整个所述工艺中引导颗粒；提供非热等离子体辉光放电，并且在所述放电的下游区域提供一区域即余辉区域，所述余辉区域允许颗粒被清洁、活化并彼此反应；以及提供至少两个位于等离子体放电之后的收集器，所述收集器用于接收所述功能化的粉末。2.根据权利要求1所述的方法，其中将多个初级颗粒与多个次级颗粒混合，将颗粒混合物注入气流中，这个载气流将颗粒引导至发生所述反应的所述非热等离子体辉光放电，然后收集由包覆有多个次级颗粒的初级颗粒组成的所述功能化的粉末。3.根据权利要求1所述的方法，其中将多个初级颗粒注入气流中，将所述多个次级颗粒注入另一气流中，这些载气流将初级颗粒和次级颗粒两者引导到其中发生所述反应的所述非热等离子体辉光放电，然后收集由包覆有多个次级颗粒的初级颗粒组成的所述功能化的粉末。4.根据权利要求1所述的方法，其中将多个初级颗粒注入气流中，该载气流将所述初级颗粒引导至所述非热等离子体辉光放电以被清洁和活化，将多个所述次级颗粒注入另一个气流，这个第二载气流将所述次级颗粒引导至所述非热等离子体辉光放电的下游区域、发生所述反应的区域即余辉区域，然后收集由包覆有多个次级颗粒的初级颗粒组成的所述功能化的粉末。5.根据权利要求1所述的方法，其中将多个初级颗粒与多个所述次级颗粒混合，将颗粒混合物注入气流中，这个载气流将颗粒引导至发生所述反应的所述余辉区域，然后收集由包覆有多个次级颗粒的初级颗粒组成的所述功能化的粉末。6.根据权利要求1所述的方法，其中将多个初级颗粒注入气流中，该载气流将所述初级颗粒引导至余辉区域，将多个所述次级颗粒注入另一个气流，这个第二载气流将所述次级颗粒引导至发生所述反应的所述余辉区域，然后收集由包覆有多个次级颗粒的初级颗粒组成的所述功能化的粉末。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述初级颗粒由金属或金属合金组成。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述初级颗粒是1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000系列的铝合金。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述初级颗粒具有在0.01μm与1000μm之间的平均直径...
【专利技术属性】
技术研发人员：马克西姆，
申请(专利权)人：艾姆四艾姆有限公司，
类型：发明
国别省市：
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