一种球形微米金属颗粒的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种球形微米金属颗粒的制备方法，属于金属3D打印领域。本发明专利技术将待制备微米金属颗粒中合金元素的氧化物混合物与碳粉、分散介质进行混配，之后依次进行碳热还原、在ZnO的作用下进行脱碳，然后进行球化处理，制备得到了满足3D打印要求的微米金属颗粒。实施例结果表明，本发明专利技术提供的制备方法可得到成分符合要求、尺寸细小、流动性好的微米金属颗粒，其中颗粒粒径(D

【技术实现步骤摘要】
一种球形微米金属颗粒的制备方法


[0001]本专利技术属于金属3D打印领域，具体涉及一种球形微米金属颗粒的制备方法。

技术介绍

[0002]3D打印又称增材制造，是一种以数字模型文件为基础，运用颗粒状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印无需模具、生产周期短、原料使用率高，被誉为“第三次工业技术革命”，广泛应用于航空航天、军事、医疗、汽车等行业。目前，金属3D打印技术已经开始从研发阶段逐步向产业化发展，但是微米金属颗粒耗材的性能与价格是影响3D打印产业快速健康发展的关键瓶颈之一。
[0003]微米金属颗粒是3D打印的关键材料，其性能很大程度上决定着3D打印成品的质量。球形或者近球形微米金属颗粒具有良好的流动性，在打印过程中不易堵塞供粉系统，且能铺成薄层，进而提高3D打印零件的尺寸精度、表面质量以及零件的致密度和组织均匀性。微米金属颗粒粒径越小，比表面积越大，越有利于烧结的顺利进行。另外，细小的微米金属颗粒之间空隙小，相邻两铺粉层之间连接紧密，有利于提高烧结致密度和烧结强度。因此，球形、细小的微米金属颗粒是金属3D打印技术的首选原料。
[0004]微米金属颗粒的性能主要取决于其制备方法。微米金属颗粒制备方法有机械法、还原法、电解法、雾化法等。机械法、还原法、电解法制备的微米金属颗粒形貌不规则，基本无法直接用于3D打印。目前，3D打印所用的微米金属颗粒耗材主要通过气雾化法制备，但是气雾化制备的微米金属颗粒也存在一系列无法避免的问题，如生产成本高、细粉收得率低、存在空心粉和卫星粉等，其中满足3D打印的细粉(小于53μm)收得率普遍低于30％。若想提高细粉收得率，则需要大幅度增加雾化压力，致使生产成本急剧增加，严重阻碍了金属3D打印的快速发展和应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种球形微米金属颗粒的制备方法，本专利技术的制备方法成本低，且制备的球形金属颗粒具有球形/近球形的形貌、尺寸细小，满足3D打印对微米金属颗粒特征的苛刻要求。
[0006]本专利技术提供了一种球形微米金属颗粒的制备方法，包括以下步骤：
[0007]根据待制备的球形微米金属颗粒的元素组成，将对应元素的氧化物与碳粉、分散介质混合后进行研磨，得到氧化物混合粉料；所述对应元素的氧化物不包括碳的氧化物；所述分散介质为碱土金属氧化物混合物；
[0008]将所述氧化物混合粉料进行碳热还原，得到还原产物；
[0009]将所述还原产物与ZnO混合后依次进行真空脱碳处理和球化处理，得到渣金混合物；所述渣金混合物包括碱土金属氧化物混合物渣、球形微米金属颗粒和残留ZnO；所述球化处理的温度高于微米金属颗粒固相线温度5～300℃；所述球化处理的时间为10～200min；
[0010]将所述渣金混合物进行渣金分离和酸浸去除所述渣金混合物中的碱土金属氧化物混合物渣和残留ZnO，得到所述球形微米金属颗粒；
[0011]所述碱土金属氧化物混合物的熔点高于所述碳热还原的温度、所述真空脱碳处理的温度和所述球化处理的温度。
[0012]优选的，所述碳粉的质量为(0.9～1.0)
×
M
H
×
(0.75w
O
+0.02)，其中M
H
为所有对应元素的氧化物的总质量，w
O
为所有对应元素的氧化物中氧元素的质量分数。
[0013]优选的，所述碱土金属氧化物混合物的质量为(1～5)
×
M
H
×
(1
‑
w
O
)，其中M
H
为所有对应元素的氧化物的总质量，w
O
为所有对应元素的氧化物中氧元素的质量分数；以质量百分含量计，所述碱土金属氧化物混合物包括0～90％的MgO和余量的CaO。
[0014]优选的，所述氧化物混合粉料的粒径小于10μm。
[0015]优选的，所述碳热还原包括第一碳热还原和第二碳热还原；
[0016]所述第一碳热还原的温度为900～1095℃，保温时间为0～30min；所述第二碳热还原的温度为1100～1500℃，保温时间为20～60min。
[0017]优选的，所述第一碳热还原在还原气氛中进行；所述第二碳热还原在真空条件下进行；所述真空条件的气相压力小于100Pa。
[0018]优选的，所述ZnO的质量为(1～1.5)
×
6.75
×
M
H
×
(1
‑
w
O
)
×
(w
C1
‑
w
C2
)，其中，M
H
为所有对应元素的氧化物的总质量，w
O
为所有对应元素的氧化物中氧元素的质量分数；w
C1
为所述还原产物所包含的微米金属颗粒中碳元素的质量分数，w
C2
为待制备的球形微米金属颗粒中碳元素的质量分数。
[0019]优选的，所述真空脱碳处理的温度为1100～1300℃，压力小于1Pa，时间为20～180min。
[0020]优选的，所述酸浸采用的酸浸液为硝酸溶液；所述酸浸液的pH值为4～7。
[0021]优选的，所述渣金分离包括磁选、浮选和重液分离中的一种或两种。
[0022]本专利技术提供了一种球形微米金属颗粒的制备方法，包括以下步骤：根据待制备的球形微米金属颗粒的元素组成，将对应元素的氧化物与碳粉、分散介质混合后进行研磨，得到氧化物混合粉料；所述对应元素的氧化物不包括碳的氧化物；所述分散介质为碱土金属氧化物混合物；将所述氧化物混合粉料进行碳热还原，得到还原产物；将所述还原产物与ZnO混合后依次进行真空脱碳处理和球化处理，得到渣金混合物；所述渣金混合物包括碱土金属氧化物混合物渣、球形微米金属颗粒和残留ZnO；所述球化处理的温度高于微米金属颗粒固相线温度5～300℃；所述球化处理的时间为10～200min；将所述渣金混合物进行渣金分离和酸浸去除所述渣金混合物中的碱土金属氧化物混合物渣和残留ZnO，得到所述球形微米金属颗粒；所述碱土金属氧化物混合物的熔点高于所述碳热还原的温度、所述真空脱碳处理的温度和所述球化处理的温度。
[0023]液态金属颗粒在表面张力的作用下有自发球化的现象，以减少表面积进而减少吉布斯自由能。本专利技术采用碳热还原合金氧化物，在还原过程中碳会扩散进入生成的金属颗粒中，大幅度降低金属颗粒的熔点，使金属颗粒更容易球化；另外，碱土金属氧化物混合物的熔点高于所述碳热还原的温度、所述真空脱碳处理的温度和所述球化处理的温度，使得碱土金属氧化物混合物在还原、脱碳和球化过程不会熔化，保证液态金属颗粒在固态基体中不发生流动，从而抑制液态金属颗粒快速碰撞长大，在球化微米金属颗粒的同时对金属
颗粒进行了细化；在脱碳阶段，本专利技术采用ZnO进行脱碳，脱碳产物全部为气态物质，可有效避免在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球形微米金属颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：根据待制备的球形微米金属颗粒的元素组成，将对应元素的氧化物与碳粉、分散介质混合后进行研磨，得到氧化物混合粉料；所述对应元素的氧化物不包括碳的氧化物；所述分散介质为碱土金属氧化物混合物；将所述氧化物混合粉料进行碳热还原，得到还原产物；将所述还原产物与ZnO混合后依次进行真空脱碳处理和球化处理，得到渣金混合物；所述渣金混合物包括碱土金属氧化物混合物渣、球形微米金属颗粒和残留ZnO；所述球化处理的温度高于微米金属颗粒固相线温度5～300℃；所述球化处理的时间为10～200min；将所述渣金混合物进行渣金分离和酸浸去除所述渣金混合物中的碱土金属氧化物混合物渣和残留ZnO，得到所述球形微米金属颗粒；所述碱土金属氧化物混合物的熔点高于所述碳热还原的温度、所述真空脱碳处理的温度和所述球化处理的温度。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳粉的质量为(0.9～1.0)
×
M
H
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(0.75w
O
+0.02)，其中M
H
为所有对应元素的氧化物的总质量，w
O
为所有对应元素的氧化物中氧元素的质量分数。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱土金属氧化物混合物的质量为(1～5)
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M
H
×
(1
‑
w
O
)，其中M
H
为所有对应元素的氧化物的总质量，w
O
为所有对应元素的氧化物中氧元素的质量分数；以质量百分含量计，所述碱土金属氧化物混合物包括0～90...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑立春，姜周华，谷洁美，李花兵，任宏雨，
申请(专利权)人：辽宁省沈抚改革创新示范区东大工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：