一种BJ增材制造用水基有机粘结剂及BJ增材制备方法技术

本发明专利技术公开了一种BJ增材制造用水基有机粘结剂及BJ增材制备方法，涉及金属材料增材制造技术领域，具体包括粘结剂，所述粘结剂由聚丙烯酸(10

【技术实现步骤摘要】
一种BJ增材制造用水基有机粘结剂及BJ增材制备方法


[0001]本专利技术涉及金属材料增材制造
，具体为一种BJ增材制造用水基有机粘结剂及BJ增材制备方法。

技术介绍

[0002]随着世界范围内工业体系升级进程加快。增材制造作为智能制造技术的典型，颠覆了设计加工及物流仓储思路，提高了产品迭代效率，降低了资源消耗，在航空、航天、汽车、海洋及医疗领域具有远大的发展前景。
[0003]粘结剂喷射打印(Binder Jetting,BJ)是增材制造技术之一，使用粘结剂逐层粘结金属或陶瓷粉末实现坯体成形，后续通过高温烧结实现收缩致密化。相较于选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)、直接能量沉积(Direct Energy Deposition,DED)，具有安全稳定、速度快、成本低、零件组织均匀等优势，有望实现金属、陶瓷及复合材料零件的批量化生产，逐渐引起广泛关注。
[0004]粘结剂是BJ增材制造技术的关键，关乎成形精度及成分残留，决定最终零件的组织性能。现有粘结剂的核心组分往往保密难以获得，开发绿色环保、性能优良的粘结剂需要反复试验耗费较长时间，BJ增材制造应用场景逐渐清晰，掌握自主可控的新型粘结剂配方及研发技术已经迫在眉睫。
[0005]利用粘结剂中溶剂挥发后凝固，粘结金属粉末颗粒，保证BJ成形技术得到的坯体具有足够力学强度，方便进行后处理，粘结剂在高温下需缓慢分解，从坯体溢出，残留量极为有限，不显著改变金属材质，但是目前的粘结剂存在大量有机物，且坯体强度低易破裂、大量掉粉，坯体在脱粘过程中易坍塌，为此我们提出了一种BJ增材制造用水基有机粘结剂及BJ增材制备方法。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种BJ增材制造用水基有机粘结剂及BJ增材制备方法，解决了上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种BJ增材制造用水基有机粘结剂，包括粘结剂，所述粘结剂由聚丙烯酸(10
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15wt％)、乙二醇(5
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8wt％)、乙二醇单丁醚(5
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8wt％)、水(70
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80wt％)组成。
[0008]一种BJ增材制备方法，包括以下步骤，
[0009]S1：原料混合，在室温下制备，先将乙二醇加入水中搅拌混合，再加入乙二醇单丁醚搅拌混合，最后加入聚丙烯酸充分搅拌至溶解均匀；
[0010]S2：将S1中制备的粘结剂经BJ打印机喷嘴喷出后，浸润金属粉末，溶剂经加热或自然挥发后凝固，实现金属粉末的固定成形，得到初始坯体；
[0011]S3：初始坯体经高于350℃加热处理可实现残留粘结剂分解，继续升温至金属熔点的0.7
‑
0.9，可实现坯体的收缩致密化；
[0012]S4：脱粘工艺：纯氢气气氛，保持气体以不低于300ml/min的流速，坯体置于管式炉中，从室温以2℃/min速度升温至600℃，保温420min；
[0013]S5：烧结工艺：纯氢气气氛，保持气体以不低于300ml/min的流速，坯体置于管式炉中，以5℃/min速度升温至850℃，保温90min以保证粉末颗粒间烧结颈的尺寸及强度，继续以5℃/min速度升温至1250℃，保温240min，之后随炉冷却至室温。
[0014]优选的，所述金属粉末的材质为M2工具钢，且粒径为15
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53um。
[0015]本专利技术提供了一种BJ增材制造用水基有机粘结剂及BJ增材制备方法，具备以下有益效果：
[0016]1、该BJ增材制造用水基有机粘结剂及BJ增材制备方法，通过改变粘结剂化学成分、含量比例，开发出新粘结剂，该粘结剂配方特点：绝大部分为水，有机物含量较低对环境友好，固化后坯体强度高，未发生掉粉、破裂现象，脱粘过程不存在坍塌现象，烧结收缩后质地均匀，未发生明显变形，且易挥发、分解，固化后强度较高，坯体不开裂；成分之一聚丙烯酸溶解后具有弱酸性，可以溶解金属粉末表面氧化物而裸露出纯金属界面，可以提高坯体的烧结活性，加快烧结进程，该粘结剂适用于BJ打印技术，已经用于M2工具钢粉末的打印试验，效果满足应用要求，尤其在800
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900℃范围保温增强坯体的结构稳定性，可以避免坍塌。
附图说明
[0017]图1为本专利技术利用粘结剂粘结效果打印得到的坯体示意图；
[0018]图2为本专利技术高温烧结后得到的烧结件示意图。
具体实施方式
[0019]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。
[0020]请参阅图1至图2，本专利技术提供一种技术方案：一种BJ增材制造用水基有机粘结剂，包括粘结剂，所述粘结剂由聚丙烯酸(10
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15wt％)、乙二醇(5
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8wt％)、乙二醇单丁醚(5
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8wt％)、水(70
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80wt％)组成。
[0021]该粘结剂配方特点：绝大部分为水，环保；易挥发、分解，固化后强度较高，坯体不开裂；成分之一聚丙烯酸溶解后具有弱酸性，可以溶解金属粉末表面氧化物而裸露出纯金属界面，可以提高坯体的烧结活性，加快烧结进程，该粘结剂适用于BJ打印技术，已经用于M2工具钢粉末的打印试验，效果满足应用要求。
[0022]一种BJ增材的制备方法，包括以下步骤，
[0023]S1：原料混合，在室温下制备，先将乙二醇加入水中搅拌混合，再加入乙二醇单丁醚搅拌混合，最后加入聚丙烯酸充分搅拌至溶解均匀；
[0024]S2：将S1中制备的粘结剂经BJ打印机喷嘴喷出后，浸润金属粉末，溶剂经加热或自然挥发后凝固，实现金属粉末的固定成形，得到初始坯体；
[0025]S3：初始坯体经高于350℃加热处理可实现残留粘结剂分解，继续升温至金属熔点的0.7
‑
0.9，可实现坯体的收缩致密化；
[0026]S4：脱粘工艺：纯氢气气氛，保持气体以不低于300ml/min的流速，坯体置于管式炉中，从室温以2℃/min速度升温至600℃，保温420min。
[0027]S5：烧结工艺：纯氢气气氛，保持气体以不低于300ml/min的流速，坯体置于管式炉中，以5℃/min速度升温至850℃，保温90min以保证粉末颗粒间烧结颈的尺寸及强度，继续以5℃/min速度升温至1250℃，保温240min，之后随炉冷却至室温，在800
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900℃范围保温增强坯体的结构稳定性，避免坍塌。
[0028]其中金属粉末的材质为M2工具钢，且粒径为15
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53um。
[0029]使用本申请提出的粘结剂，利用商用BJ打印机实现粘结成形，干燥固化后置于管式炉中，在氢气环境下进行脱粘及烧结后处理，最终得到收缩致密化的烧结件，验证了本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种BJ增材制造用水基有机粘结剂，其特征在于：包括粘结剂，所述粘结剂由聚丙烯酸(10
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15wt％)、乙二醇(5
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8wt％)、乙二醇单丁醚(5
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8wt％)、水(70
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80wt％)组成。2.一种BJ增材制备方法，其特征在于：包括以下步骤，S1：原料混合，在室温下制备，先将乙二醇加入水中搅拌混合，再加入乙二醇单丁醚搅拌混合，最后加入聚丙烯酸充分搅拌至溶解均匀；S2：将S1中制备的粘结剂经BJ打印机喷嘴喷出后，浸润金属粉末，溶剂经加热或自然挥发后凝固，实现金属粉末的固定成形，得到初始坯体；S3：初始坯体经高于350℃加热处理可实现残留粘...

【专利技术属性】
技术研发人员：阚鑫锋，杜中华，陈超，朱明，丁红瑜，潘阳，关杰仁，袁康，王凡，
申请(专利权)人：江苏科技大学海洋装备研究院，
类型：发明
国别省市：