一种3D打印用超声波雾化高温合金粉末的制备方法技术

本发明专利技术涉及金属粉末制备技术领域，尤其涉及一种3D打印用超声波雾化高温合金粉末的制备方法，包括以下步骤：S1、制备高温合金原料；S2、雾化前准备；S3、原料熔化；S4、超声波雾化；S5、收集粉末；S6、筛分。本发明专利技术制备的高温合金粉末通粉粒度分布为10

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印用超声波雾化高温合金粉末的制备方法


[0001]本专利技术涉及金属粉末制备
，尤其涉及一种3D打印用超声波雾化高温合金粉末的制备方法。

技术介绍

[0002]3D打印技术是近年来快速发展的部件制造技术，其中SLM选区激光熔化技术最能体现3D打印技术的技术特点，是3D打印技术中应用最广泛的一种。金属粉末作为SLM选区激光熔化技术的原料，需求粒度为15
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53μm、15
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45μm等粒度区间，有粒度分布范围窄，粉末粒径小的特点。常见的气雾化制粉技术生产3D打印高温合金粉末，15
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53μm粒度区间的粉末收得率只有30％左右，旋转电极法生产3D打印高温合金粉末，15
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53μm粒度区间的粉末收得率只有10％左右，较低的收得率是造成3D打印粉末成本较高的重要原因。此外，氩气是气雾化技术生产金属粉末的雾化介质，在生产过程中大量消耗，氩气的成本通常要占到金属粉末成本的30％
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60％，粉末成本受到氩气价格波动的影响较大，如何减少制粉过程中的氩气消耗是降低金属粉末成本的关键。
[0003]气雾化制粉过程中，熔化的金属液滴在强烈气体冲击下会发生碰撞变形、粘连而形成异形粉末，导致3D打印粉末流动性变差，影响3D打印过程中的粉末铺展。金属液滴包裹气体形成的空心粉，同样会导致3D打印部件存在孔洞，降低部件的致密度，影响部件的疲劳性能。
[0004]3D打印技术受限于其成本，应用领域多为航空、航天、医疗等领域，如何降低3D打印粉末的生产成本，进而降低3D打印部件成本，对于3D打印技术未来的快速发展至关重要。提升金属粉末的球形度、流动性、空心粉率等关键参数，对于减少3D打印过程中缺陷的产生，提升3D打印部件的性能和寿命同样十分迫切。
[0005]因此，本专利技术提供一种3D打印用超声波雾化高温合金粉末的制备方法，以解决上述技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种3D打印用超声波雾化高温合金粉末的制备方法，采用超声波破碎金属液滴作为金属粉末的雾化机理，大幅提升了15
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53μm粒度区间粉末的收得率，改善了粉末的球形度、流动性和空心粉率。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0008]一种3D打印用超声波雾化高温合金粉末的制备方法，具体步骤如下：
[0009]S1、制备高温合金原料；
[0010]S2、雾化前准备，将高温合金原料按照不同的形态，采用不同的工装放入超声波雾化制粉设备内；启动真空系统将设备工作腔内真空度抽至低于1
×
10
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2Pa后，充入氩气作为保护气氛；
[0011]S3、原料熔化，采用电磁感应加热或等离子弧方式熔化高温合金原料，熔化后的金
属液滴落到超声波雾化基板上；
[0012]S4、超声波雾化，采用超声波发生器通过传导装置将一定频率的超声波传到至雾化基板，进而将滴落到超声波雾化基板上的高温合金液滴雾化为高温合金粉末；
[0013]S5、收集粉末，采用真空泵将雾化后的高温合金粉末随气体从工作腔内收集到旋风收集器内，旋风收集器将目标粒度粉末和雾化废物分离，雾化废物和气体通过过滤器排除设备；
[0014]S6、筛分，将超声波雾化设备制备的高温合金粉末放入防爆振动筛内，根据目标粉末的粒度区间，选择不同孔径的筛网，将粉末筛分成目标粒度。
[0015]优选地，在步骤S1中，高温合金原料为棒料、块料或丝材，所述棒料直径为50mm，长度为500mm；所述丝材直径为6mm。
[0016]优选地，在步骤S4中，超声波频率为20Khz，超声波发生器功率为3000w。
[0017]优选地，在步骤S3中，采用循环冷却水系统冷却超声波雾化基板，超声波雾化基板的温度为300
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500℃。
[0018]采用上述技术方案：制备的高温合金粉末通粉粒度分布为10
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90μm，D50为40
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50μm，球形度＞0.91，流动性＜18s/50g；可通过调整超声波频率和超声波发生器功率调整高温合金通粉粒度，将通粉D50控制在40
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50μm，大幅提高SLM选区激光熔化3D打印工艺需求粉末粒度段的收得率。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020]本专利技术采用超声波雾化来制备3D打印高温合金，15
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53μm粒度区间粉末的收得率可达到65％以上，制粉过程中氩气消耗量很少，可明显降低3D打印高温合金的生产成本，节省镍、钴等我国稀缺资源的消耗；有效提升3D打印高温合金粉末的球形度、流动性、空心粉含量等粉末参数，改善最终3D打印部件的性能。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的流程图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本专利技术的优点和特征，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚的界定。本专利技术所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]参照图1，一种3D打印用超声波雾化高温合金粉末的制备方法，具体步骤如下：
[0024]S1、制备高温合金原料；这里高温合金原料可根据合金成分和加工批量，选择采用电弧熔炼、真空感应熔炼、真空自耗、电渣重熔、真空悬浮熔炼等工艺制备。超声波雾化设备可加工的原料的形状可以为直径50mm、长度500mm的棒料，最大尺寸不超过200mm的块料，或直径6mm以内的丝材。
[0025]S2、雾化前准备，将高温合金原料按照不同的形态，采用不同的工装放入超声波雾化制粉设备内；启动真空系统将设备工作腔内真空度抽至低于1
×
10
‑
2Pa后，充入氩气作为
保护气氛；
[0026]S3、原料熔化，对于棒料高温合金原料，采用电磁感应线圈对棒料底部加热，熔化后的金属液在棒料底部汇聚后滴落，金属液的过热度为150℃左右；对于块状高温合金原料，将其放入陶瓷坩埚内感应加热熔化，随后倾斜坩埚将金属液倒出；对于丝材高温合金，采用送丝装置实现连续送丝，采用等离子电弧将丝材熔化为金属液滴；
[0027]S4、超声波雾化，熔化后的金属液滴落到超声波雾化基板上，超声波雾化基板通过超声波传导装置连接超声波发生器，将超声波发生器产生的频率为20Khz的超声波传导到超声波雾化基板使基板产生高频振动，滴落的金属液在于基板接触后破碎为细小的金属液滴，金属液滴在与保护气体的表面张力作用下自发球化，冷却后成为固态金属粉末。此过程可根据不同的高温合金和需求的粉末粒度，调整超声波发生器的频率和功率。在雾化过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印用超声波雾化高温合金粉末的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：S1、制备高温合金原料；S2、雾化前准备，将高温合金原料按照不同的形态，采用不同的工装放入超声波雾化制粉设备内；启动真空系统将设备工作腔内真空度抽至低于1
×
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2Pa后，充入氩气作为保护气氛；S3、原料熔化，采用电磁感应加热或等离子弧方式熔化高温合金原料，熔化后的金属液滴落到超声波雾化基板上；S4、超声波雾化，采用超声波发生器通过传导装置将一定频率的超声波传到至雾化基板，进而将滴落到超声波雾化基板上的高温合金液滴雾化为高温合金粉末；S5、收集粉末，采用真空泵将雾化后的高温合金粉末随气体从工作腔内收集到旋风收集器内，旋风收集器将目标粒度粉末和雾化废物分离，雾化废物和气体通...

【专利技术属性】
技术研发人员：张言，陈庆安，石全强，
申请(专利权)人：相国新材料科技江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：