专利名称：用于激光烧结快速成型金属模具的覆膜金属粉末材料的制作方法
技术领域：
本发明属于用激光束加工零件的领域，涉及铸造及注塑生产用模具的激光烧结快速成型方法，具体地讲，涉及一种用于激光烧结快速成型金属模具的覆膜金属粉末材料及其制备工艺。
金属模具是铸造及注塑生产中的重要工具。铸造用模板、蜡模的压模及注塑用模具等，一般都是机加工和手工完成的，加工周期长、费用高。对于一些形状复杂的零件，如飞机发动机叶片、坦克、摩托车的缸体、缸盖等，模具的制造一直是个老大难问题。快速成型技术为实现模具制造的短周期、多品种、低费用提供了一条捷径。目前世界上投入应用的快速成型方法有十多种，其中选择性激光烧结(SLS)技术具有十分广泛的应用领域，正受到越来越多的重视。利用SLS技术可以自动而迅速地从三维CAD模型直接制得形状复杂的金属零件或模具，其制造工艺过程包括制备适合于激光烧结的金属粉末→激光逐层扫描烧结成型→后处理。即将金属粉末通过激光烧结得到金属的烧结件，这种烧结件往往是低密度的多孔状结构，再经后处理渗入第二相熔点较低的金属后直接形成金属零件或模具。在国内，激光烧结快速成型技术已有研究，所用粉末材料主要集中在塑料粉、ABS及腊粉等有机材料，对于金属粉末材料的制作及其烧结成形技术的研究尚处于起步阶段。
本发明的目的是针对现有技术的不足，为了拓宽激光烧结技术所用成型粉末的范围，提供一种用于激光烧结快速成型金属模具的覆膜金属粉末材料，该粉末材料具有烧结性能好、成型质量高的优点，有助于实现金属模具的激光烧结快速成型。
本发明是通过以下技术方案来实现的。一种用于激光烧结快速成型金属模具的覆膜金属粉末材料，是对被包覆的金属粉末进行表面处理后，与包覆溶液混合、烘干，经粉碎、添加改性纳米粉末而成。
被包覆金属粉末，包括Fe系合金、Al系合金等，其粒度为200目—500目。
对被包覆金属粉末的表面处理工艺步聚为(1)用稀碳酸钠溶液清洗油脂；(2)再用稀盐酸清洗氧化物；(3)用清水洗涤；(4)最后用润湿剂处理其表面。
润湿剂包括壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯等表面活性剂，其用量以每1000克金属粉添加润湿剂1—5克。
包覆溶液的制备是将增滑剂、脱模剂、润湿分散剂、不同熔点的热熔胶，按比例在卤代烃中加热溶解成溶液。
增滑剂包括合成石蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、液体石蜡等；脱模剂包括硬脂酸酯及硬脂酸盐；润湿分散剂包括非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、聚合型润湿分散剂；不同熔点的热熔胶包括聚醋酸乙烯酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯及其衍生物、聚乙烯基醚类、乙烯共聚物、聚酰胺类、热塑性聚酯等。
包覆溶液制备的组分比例为以每1000克金属粉配制增滑剂1—10克，脱模剂1—10克，润湿分散剂0.01—0.2克，不同熔点的热熔—胶共60—130克。
选取热熔胶的原则是选三种不同熔点热熔胶，其熔点温度范围为50—80℃、90—130℃、140—160℃；其配制比例分别为热熔胶总量的5—20％、60—80％、5—20％。
将包覆溶液和表面处理后的金属粉末按上述比例，在双锥回转真空干燥机中混合、烘干、回收溶剂。
将包覆的金属粉在球磨机中进行粉碎加工，过筛得到160—300目粒度的粉末。
在加工好的粉末中添加纳米粉末包括纳米氧化物、纳米金属粉，添加量为每1000克金属粉添加10—100克，改善粉末流动性、降低粉末粘度。
实施例1一种用于激光烧结快速成型金属模具的覆膜金属粉末，其制作工艺步聚1、取1000克200目的1Cr18Ni9Ti被包覆金属，首先用稀碳酸钠溶液清洗粉末表面油脂，再用稀盐酸清洗表面氧化物，用清水洗涤，最后用润湿剂1克壬基酚聚氧乙烯醚处理表面；2、包覆溶液制备将增滑剂石蜡1克、脱模剂硬脂酸酯1克、润湿分散剂非离子表面活性剂(BYK—W972)0.01克，不同熔点的热熔胶聚醋酸乙烯酯3克、聚丙烯酸酯54克、聚苯乙烯3克，在四氯化碳中加热溶解成溶液；3、将上述包覆溶液和表面处理后的1Cr18Ni9Ti粉末，在双锥回转真空干燥机中混合、烘干、回收溶剂；4、将包覆的1Cr18Ni9Ti粉末在球磨机中进行粉碎加工，过筛得到160目的粉末；
5、在加工好的粉末中添加纳米三氧化二铝粉末，降低粉末粘度、改善粉末流动性。
实施例2一种用于激光烧结快速成型金属模具的覆膜金属粉末，其制作工艺步聚1、取1000克500目的Al-Mg-Si合金粉，首先用稀碳酸钠溶液清洗表面油脂，再用稀盐酸清洗表面氧化物，用清水洗涤，最后用润湿剂5克脂肪醇聚氧乙烯醚处理表面；2、包覆溶液制备将增滑剂石蜡5克、脱模剂硬脂酸酯5克、聚合型润湿分散剂(TEXAPHOR3601)0.2克，不同熔点的热熔胶聚乙烯基甲醚13克、乙烯和醋酸乙烯共聚物(EVA)104克，热塑性聚酯13克，在三氯乙烯中加热溶解成溶液；3、将上述包覆溶液和表面处理后的Al-Mg-Si粉末，在双锥回转真空干燥机中混合、烘干、回收溶剂；4、将包覆的Al-Mg-Si粉末在球磨机中进行粉碎加工，过筛得到200目的粉末；5、在加工好的粉末中添加纳米铜粉，降低粉末粘度、改善粉末流动性。
实施例31、取400目Fe-Cr-Ni粉末首先用稀碳酸钠溶液清洗表面油脂，再用稀盐酸清洗表面氧化物，用清水洗涤，最后用润湿剂3克脂肪酸聚氧乙烯酯处理表面；2、包覆溶液制备将增滑剂石蜡2克、脱模剂硬脂酸酯1.5克、润湿分散剂非离子表面活性剂(YD—100)0.02克，不同熔点的热熔胶低熔点聚酰胺5克、乙烯和醋酸乙烯共聚物(EVA)80克，聚苯-乙烯6克，在四氯乙化碳中加热溶解成溶液；3、将上述包覆溶液和表面处理后的Fe-Cr-Ni粉末，在双锥回转真空干燥机中混合、烘干、回收溶剂；4、将包覆的金属粉在球磨机中进行粉碎加工，过筛得到300目的粉末；5、在加工好的粉末中添加纳米铝粉，改善粉末流动性、降低粉末粘度。
本发明制得的适用于激光烧结快速成型金属模具的覆膜金属粉末材料，经测试检验，其主要性能指标如下外观黑灰色；粒度160—300目；加工成形温度70—160℃本发明所制作的覆膜金属粉末，经激光烧结快速成型制作金属模具，证明该金属粉末材料具有烧结性能好，成型质量高的优点。用它来制造金属模具，与传统的工艺比较，大大简化了工序，使得生产周期缩短、成本降低，具有较强的市场竞争能力。
权利要求
1.一种用于激光烧结快速成型金属模具的覆膜金属粉末材料，其特征在于所述的覆膜金属粉末，是对被动包覆的金属粉末进行表面处理后，与包覆溶液混合、烘干，经粉碎、添加改性纳米粉末而成。
2.按照权利要求1所述的覆膜金属粉末材料，其特征在于所述的被包覆金属粉末，包括Fe系合金、Al系合金，粒度为200目—500目。
3.按照权利要求1所述的覆膜金属粉末材料，其特征在于所述的对被包覆金属粉末的表面处理工艺步骤为(1)用稀碳酸钠溶液清洗油脂；(2)再用稀盐酸清洗氧化物；(3)用清水洗涤；(4)最后用润湿剂处理其表面。
4.按照权利要求1所述的覆膜金属粉末材料，其特征在于所述的包覆溶液，它的制备工艺步骤为将增滑剂、脱模剂、润湿分散剂、不同熔点的热熔胶，按比例在卤代烃中加热溶解成溶液。
5.按照权利要求1所述的覆膜金属粉末材料，其特征在于所述的改性纳米粉末为纳米氧化物或纳米金属粉。
6.按照权利要求3所述的覆膜金属粉末材料，其特征在于所述的润湿剂包括壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯表面活性剂，其用量以每1000克金属粉添加润湿剂1—5克。
7.按照权利要求4所述的覆膜金属粉末材料，其特征在于所述的包覆溶液制备比例，是以每1000克金属粉配制增滑剂1—10克，脱模剂1—10克，润湿分散剂0.01—0.02克，不同熔点的热熔胶共60—130克。
8.按照权利要求7所述的覆膜金属粉末材料，其特征在于所述的增滑剂包括合成石腊、聚乙烯腊、聚丙烯腊、液体石腊；脱模剂包括硬脂酸酯、硬脂酸盐；润湿分散剂包括非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、聚合型润湿分散剂；不同熔点的热熔胶包括聚醋酸乙烯酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯及其衍生物、聚乙烯基醚类、乙烯共聚物、聚酰胺类、热塑性聚酯。
9.按照权利要求8所述的覆膜金属粉末材料，其特征在于所述的不同熔点的热熔胶，选取三种不同熔点的热熔胶，其熔点温度范围为50—80℃、90—130℃、140—160℃；其配制比例分别为热熔胶总量的5—20％、60—80％、5—20％。
10.按照权利要求5所述的覆膜金属粉末材料，其特征在于所述的纳米氧化物或纳米金属粉的添加量为每1000克金属粉添加10—100克。
全文摘要
一种用于激光烧结快速成型金属模具的覆膜金属粉末材料,是对被包覆金属粉(如Fe系合金、Al系合金)首先进行表面活性处理,然后与制作好的包覆溶液混合、烘干,经粉碎、添加改性纳米粉(如纳米氧化物、纳米金属粉)而成。本发明具有烧结性能好、成型质量高的优点,有助于实现金属模具的激光烧结快速成型。
文档编号B22F3/105GK1333099SQ0112227
公开日2002年1月30日 申请日期2001年7月5日 优先权日2001年7月5日
发明者白培康, 高建峰 申请人:北京北方恒利科技发展有限公司