一种基于粘结剂喷射成形技术制备金属钨复杂零件的方法技术

本发明专利技术属于先进金属材料制备研究领域，涉及一种基于粘结剂喷射成形技术制备金属钨复杂零件的方法，该方法的具体步骤为：先采用喷雾造粒技术将纳米钨粉制备成近球形的微米级粉末；再采用粘结剂喷射成形技术将制备得到的微米级粉末通过水性粘结剂粘结制成具有复杂形状的生坯；对得到生坯进行脱脂和分段烧结处理，即得到具有复杂形状的金属钨复杂零件

【技术实现步骤摘要】
一种基于粘结剂喷射成形技术制备金属钨复杂零件的方法


[0001]本专利技术属于先进难熔金属材料制备领域，特别提供了一种基于粘结剂喷射成形技术制备金属钨复杂零件的方法
。

技术介绍

[0002]钨因其高熔点
、
高硬度
、
低蒸气压
、
热膨胀系数小
、
抗辐射等优点广泛应用于航空航天
、
国防军工
、
核电
、
能源等行业
。
传统制造钨产品的方法通常采用粉末冶金法，通过压制
‑
烧结
‑
变形处理等工艺实现其制备
。
但由于钨硬度高
、
脆性大等特点造成机加工困难，限制了一些复杂形状构件的制备，且制造成本高
。
随着增材制造技术的发展，部分研究学者尝试采用激光选区熔化技术制备钨产品，但该技术在高温熔化凝固过程中易开裂，组织性能存在各向异性，且该工艺采用球形粉末，制造成本较高
。
为了克服以上问题，本专利技术采用间接
3D
打印技术制备钨复杂构件，具有成形速度快
、
生产成本低
、
组织性能均匀
、
致密度高等优势
。
现有技术中有采用混炼造粒结合激光低温烧结获得坯体，再进行脱脂烧结的方法，该技术采用激光点扫描成形，成形效率较低，且对打印参数的控制较严格，打印坯体的强度有限
。
本专利技术采用喷雾造粒的方法可获得球形度更高，粉末粒径分布更均匀；在成形方式上，采用的粘结剂喷射成形技术是以面扫描形式喷射粘结剂成形，打印效率高，常温下打印成形，无热应力，特别采用水性粘结剂与造粒粉中的粘结剂进一步反应，获得生坯的强度较高，可成形生坯尺寸
200*200*100mm。
[0003]粘结剂喷射成形技术是采用铺粉
、
粘结层层累积制备三维实体，对粉末要求较高，既要有一定的流动性满足铺粉条件，又要求粉末细小易于烧结致密，因此通常采用5‑
25
μ
m
的金属粉末作为打印原料
。
但金属钨由于熔点高达
3400℃
，采用普通的微米级粉末至少需要
2500℃
的烧结温度且难以烧结致密，成为粘结剂喷射成形制备难熔金属钨制品的难点；而纳米粉末存在堆积密度低，流动性差，易团聚等特点，直接用于粘结剂喷射成形效果较差
。

技术实现思路

[0004]本实施例公开了一种基于粘结剂喷射成形技术制备金属钨复杂零件的方法，以解决上述技术问题以及现有技术中的其他技术问题
。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种基于粘结剂喷射成形技术制备金属钨复杂零件的方法，该述方法的具体步骤如下：
[0006]S1)
采用喷雾造粒技术将纳米钨粉制备成近球形的微米级粉末；
[0007]S2)
采用粘结剂喷射成形技术将
S1)
制备得到微米级粉末制成具有复杂形状的生坯；
[0008]S3)
对
S2)
得到生坯进行脱脂和分段烧结处理，即得到具有复杂形状的金属钨复杂零件
。
[0009]进一步，所述
S1)
具体步骤为：
[0010]S1.1)
选取一定粒径的纳米钨粉加入到配置的聚乙烯醇水溶液中，得到浆料；
[0011]S1.2)
将
S1.1)
的浆料置于喷雾干燥机内进行喷雾造粒，得到近球形的微米级粉末
。
[0012]进一步，所述
S1.1)
中的纳米钨粉的粒径为
50
‑
400nm
；钨粉占浆料质量的
60
‑
80
％；
[0013]S1.2)
中喷雾造粒的工艺参数为：进口温度设为
250
‑
300℃
之间，出口温度设为
120
‑
140℃
，雾化器转速设为
15000
‑
24000r/min
，得到球形率大于
90
％的球形粉
。
[0014]进一步，所述
S2)
具体步骤为：
[0015]S2.1)
配置水性粘结剂，同时按照需要设定打印参数；
[0016]S2.2)
将微米级粉末与水性粘结剂分别加入喷射成形设备中，按照设定的打印参数，铺粉辊进行铺粉，粘结剂按照模型的切片图案进行喷射粘结，紫外灯对粉床加热固化，层层累积得到具有复杂形状的生坯
。
[0017]进一步，所述
S2.1)
中的打印参数为：铺粉层厚
50
‑
200
μ
m
，铺粉速度
10
‑
150mm/s
，打印速度
100
‑
400mm/s
，粘结剂饱和度
50
‑
80
％，该打印工艺制备的生坯成形精度可控制在
0.15mm
以内，生坯弯曲强度不低于
5MPa。
[0018]铺粉过程中采用小于
150mm/s
的铺粉速度使粉末压实，同时设置铺粉层厚小于
200
μ
m
，保证铺粉的致密性，打印的生坯相对密度大于
30
％
。
[0019]进一步，所述
S3)
的具体步骤为：
[0020]S3.1)
脱脂阶段：以一定的升温速率缓慢升温至一定的温度，并保温，完成热脱脂；
[0021]S3.2)
烧结阶段
:
采用两步烧结法，第一阶段缓慢升温至
T1，进行高温短时间保温；第二阶段由
T1快速降温至
T2，在
T2温度下进行低温长时间保温，第一阶段的烧结温度
T1高于第二阶段的烧结温度
T2，保温时间低于第二阶段
。
[0022]进一步，所述
S3.1)
中升温速率为1‑
3℃
在加热过程中分别在
300℃、600℃
进行保温
1h
‑
2h
；
[0023]S3.2)
中的第一阶段以4‑
6℃/min
的升温速率加热至温度
T1，
T1为
1500
‑
1800℃
，保温1‑
2h
；第二阶段以
10
‑
20℃/min
的降温速率降至温度
T2，
T2为
1200
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于粘结剂喷射成形技术制备金属钨复杂零件的方法，其特征在于，所述方法的具体步骤如下：
S1)
采用喷雾造粒技术将纳米钨粉制备成近球形的微米级粉末；
S2)
采用粘结剂喷射成形技术将
S1)
制备得到微米级粉末制成具有复杂形状的生坯；
S3)
对
S2)
得到生坯进行脱脂和分段烧结处理，即得到具有复杂形状的金属钨复杂零件
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述
S1)
具体步骤为：
S1.1)
选取一定粒径的纳米钨粉加入到配置的聚乙烯醇水溶液中，得到浆料；
S1.2)
将
S1.1)
的浆料置于喷雾干燥机内进行喷雾造粒，得到近球形的微米级粉末
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述
S1.1)
中的纳米钨粉的粒径为
50
‑
400nm
；钨粉占浆料质量的
60
‑
80
％；
S1.2)
中喷雾造粒的工艺参数为：进口温度设为
250
‑
300℃
之间，出口温度设为
120
‑
140℃
，雾化器转速设为
15000
‑
24000r/min
，得到球形率大于
90
％的球形粉
。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述
S2)
具体步骤为：
S2.1)
配置水性粘结剂，同时预设打印参数；
S2.2)
将微米级粉末与水性粘结剂分别加入喷射成形设备中，按照设定的打印参数，铺粉辊进行铺粉，粘结剂按照模型的切片图案进行喷射粘结，紫外灯对粉床加热固化，层层累积得到具有复杂形状的生坯
。5.
根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述
S2.1)
中的打印参数为：铺粉层厚
50
‑
200
μ
m
，铺粉速度
10
‑
150mm/s
，打印速度
100
‑
400mm/s
，粘结剂饱和度
50
‑
80
％
。6.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述
S3)
的具体步骤为：
S3.1)<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊明，章林，李星宇，张鹏，曲选辉，张文洁，梅恩，胡博耀，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：