用于减少空心粉的3D打印用金属粉末材料的制备方法与流程

本发明属于3D打印技术领域，涉及一种3D打印金属粉末的制备方法，尤其涉及一种用于减少空心粉的3D打印用金属粉末材料的制备方法。

背景技术：

新兴的3D打印技术越来越受人们的关注，其应用领域非常广泛，包括：航空航天、模具、医疗、时装、文化、创意设计、建筑等多个不同行业。随着科技日新月异的发展，制造业的标准也越来越高，对零部件精度的要求更精益求精，在航空航天领域，对零部件的精度要求尤为明显。精度要求高就需要操作者必须要有丰富的经验和较高的操作水准，尤其某些零部件含有一些内流管道，传统方法中除了铸造，没有别的更好的方法来实现。而3D打印的精度远远超过传统制造工艺，能够打印具有复杂结构的零部件，这都是传统制造工艺所达不到的，并且3D打印保证高精度的同时可以量产化，这是传统工艺所做不到的。

在航空航天产品制造中，3D打印应用得最多的就是金属3D打印。采用金属3D打印技术时，对应不同零部件，需选择不同的3D打印用金属粉末，3D打印用金属粉末的性能直接影响着打印成品的表面质量、力学性能等等。使用性能不合格的金属粉末进行3D打印会导致诸多缺陷。例如金属粉末空心，形成空心粉。如图1所示，可以看出粉末球体内部为中空，非实体，现有的很多金属粉末空心粉的比例会超过30％，有的甚至超过50％。空心粉的存在使得金属3D打印中会导致零件产生诸多缺陷，如零件致密度不高、烧结区域结合强度低、零件翘曲变形等等。产生空心粉的原因是金属粉末制备工艺的缺陷。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术3D打印制粉工艺的缺陷，提供一种大大减少空心粉、提高3D打印质量和力学性能的3D打印用金属粉末材料的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于减少空心粉的3D打印用金属粉末材料的制备方法，包括以下步骤：

A、将原料不锈钢或铝合金在微正压氮气保护下熔炼，熔炼成不锈钢或铝合金液体；

B、采用氮气作为雾化气体，以铝合金为原料时控制雾化压强为1.5-2Mpa，不锈钢为原料时控制雾化压强为3-4Mpa，对熔融后的不锈钢或铝合金液体进行气雾化，液体破碎冷却成不锈钢或铝合金的球形或类球形颗粒；

C、收集步骤B得到球形或类球形颗粒并进行处理得到3D打印用金属粉末。

所述的用于减少空心粉的3D打印用金属粉末材料的制备方法中，优选所述步骤A中，将不锈钢或铝合金置于密闭的熔炼炉体中，抽真空后充氮气呈微正压状态，加热熔炼炉体至预设温度，使得熔炼炉体中的不锈钢或铝合金熔融成为不锈钢或铝合金液体。

所述的用于减少空心粉的3D打印用金属粉末材料的制备方法中，优选所述原料为不锈钢，所述预设温度为1650℃；或者所述原料为铝合金，所述预设温度为800℃。

现有技术中铝合金的气雾化过程中压强控制在2.5-4MPa，而本发明将铝合金压强控制在1.5-2Mpa，现有技术中不锈钢的气雾化过程中压强控制在4-5MPa，而本发明将不锈钢压强控制在3-4Mpa，即都比传统工艺均下降0.5MPa以上，通过降低雾化气压，来降低氮气出气温度，从而提升喷嘴下方紊流区的温度，以致熔融金属液被雾化气体破碎成液滴后冷却成形的时间得到延长，减少其发生缩孔的现象，降低形成空心粉的几率。本发明将空心粉的比例从30％以上降低到10％以下。本发明的气雾化制粉具有环境污染小、粉末球形度高、氧含量低以及冷却速率大等优点，主要用于生产高性能金属及合金粉末。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有气雾化得到金属粉末的金相显微镜图；

图2是本发明气雾化得到金属粉末的金相显微镜图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

一种用于减少空心粉的3D打印用金属粉末材料的制备方法，包括以下步骤：

A、将原料不锈钢或铝合金在微正压氮气保护下熔炼，熔炼成不锈钢或铝合金液体；

B、采用氮气作为雾化气体，以铝合金为原料时控制雾化压强为1.5-2Mpa，不锈钢为原料时控制雾化压强为3-4Mpa，对熔融后的不锈钢或铝合金液体进行气雾化，液体破碎冷却成不锈钢或铝合金的球形或类球形颗粒；

C、收集步骤B得到球形或类球形颗粒并进行处理得到3D打印用金属粉末。

所述的用于减少空心粉的3D打印用金属粉末材料的制备方法中，优选所述步骤A中，将不锈钢或铝合金置于密闭的熔炼炉体中，抽真空后加热熔炼炉体至预设温度，使得熔炼炉体中的不锈钢或铝合金熔融成为不锈钢或铝合金液体。

所述原料为不锈钢，所述预设温度为1650℃；或者所述原料为铝合金，所述预设温度为800℃。

以下通过具体实施例详细说明本发明：

实施例1，一种用于减少空心粉的3D打印用金属粉末材料的制备方法，包括以下步骤：

A、将原料不锈钢或铝合金在微正压氮气保护下熔炼，熔炼成不锈钢或铝合金液体；

具体为：将原料不锈钢(316L不锈钢)置于密闭的熔炼炉体中，将雾化室和熔炼炉体抽真空后充氮气呈微正压状态，熔炼炉体与保温炉的功率调节为90kw，保温时间为30min，加热熔炼炉体至预设温度1650℃，使得熔炼炉体中的原料不锈钢熔融成为不锈钢液体。

B、采用氮气作为雾化气体，控制雾化压强为3Mpa，对熔融后的不锈钢进行气雾化，氮气气流对不锈钢熔融液体进行破碎冷却成不锈钢的球形或类球形颗粒；

C、收集步骤B得到球形或类球形颗粒并进行处理得到3D打印用不锈钢粉末。不锈钢粉末粒度为15-53μm，空心粉比例在5％。

如图2所示是实施例1电子显微镜镜图，相比图1可以看出：本发明效果显著，可将现有技术中空心粉从30％以上降低到10％以下，有效降低粉末中空心粉的含量，提高了3D打印质量和力学性能。

实施例2，一种用于减少空心粉的3D打印用金属粉末材料的制备方法，包括以下步骤：

A、将原料不锈钢在微正压氮气保护下熔炼，熔炼成不锈钢液体；

具体为：将原料不锈钢(304不锈钢)置于密闭的熔炼炉体中，将雾化室和熔炼炉体抽真空后充氮气呈微正压状态，熔炼炉体与保温炉的功率调节为80kw，保温时间为50min，加热熔炼炉体至预设温度1650℃，使得熔炼炉体中的原料不锈钢熔融成为不锈钢液体。

B、采用氮气作为雾化气体，控制雾化压强为3.5Mpa，对熔融后的不锈钢进行气雾化，氮气气流对不锈钢熔融液体进行破碎冷却成不锈钢的球形或类球形颗粒；

C、收集步骤B得到球形或类球形颗粒并进行处理得到3D打印用不锈钢粉末。粉末粒度为20-55μm，空心粉比例在7％。

实施例3，一种用于减少空心粉的3D打印用金属粉末材料的制备方法，包括以下步骤：

A、将不锈钢或铝合金在微正压氮气保护下熔炼，熔炼成不锈钢或铝合金液体；

具体为：将原料不锈钢(304不锈钢)置于密闭的熔炼炉体中，将雾化室和熔炼炉体抽真空后充氮气呈微正压状态，熔炼炉体与保温炉的功率调节为70kw，保温时间为40min，加热熔炼炉体至预设温度1650℃，使得熔炼炉体中的不锈钢原料熔融成为液体。

B、采用氮气作为雾化气体，控制雾化压强为4Mpa，对熔融后的不锈钢进行气雾化，氮气气流对不锈钢熔融液体进行破碎冷却成不锈钢的球形或类球形颗粒；

C、收集步骤B得到球形或类球形颗粒并进行处理得到3D打印用不锈钢粉末。粉末粒度为15-53μm，空心粉比例在8％。

实施例4，一种用于减少空心粉的3D打印用金属粉末材料的制备方法，包括以下步骤：

B、将铝合金在微正压氮气保护下熔炼，熔炼成铝合金液体；

具体为：将原料铝合金(AlSi₁₀Mg)置于密闭的熔炼炉体中，将雾化室和熔炼炉体抽真空后充氮气呈微正压状态，熔炼炉体与保温炉的功率调节为90kw，保温时间为30min，加热熔炼炉体至预设温度800℃，使得熔炼炉体中的铝合金原料熔融成为液体。

B、采用氮气作为雾化气体，控制雾化压强为1.5Mpa，对熔融后的铝合金液体进行气雾化，氮气气流对铝合金熔融液体进行破碎冷却成铝合金的球形或类球形颗粒；

C、收集步骤B得到球形或类球形颗粒并进行处理得到3D打印用铝合金粉末。粉末粒度为25-50μm。空心粉比例在10％。

实施例5，一种用于减少空心粉的3D打印用金属粉末材料的制备方法，包括以下步骤：

C、将原料铝合金在微正压氮气保护下熔炼，熔炼成铝合金液体；

具体为：将原料铝合金(AlSi₁₂)置于密闭的熔炼炉体中，将雾化室和熔炼炉体抽真空后充氮气呈微正压状态，熔炼炉体与保温炉的功率调节为90kw，保温时间为30min，加热熔炼炉体至预设温度800℃，使得熔炼炉体中的铝合金原料熔融成为液体。

B、采用氮气作为雾化气体，控制雾化压强为1.7Mpa，对熔融后的铝合金液体进行气雾化，氮气气流对铝合金熔融液体进行破碎冷却成铝合金的球形或类球形颗粒；

C、收集步骤B得到球形或类球形颗粒并进行处理得到3D打印用铝合金粉末。粉末粒度为25-50μm。空心粉比例在8.5％。

实施例6，一种用于减少空心粉的3D打印用金属粉末材料的制备方法，包括以下步骤：

A、将铝合金在微正压氮气保护下熔炼，熔炼成铝合金液体；

具体为：将原料铝合金(AlSi₁₀Mg)置于密闭的熔炼炉体中，将雾化室和熔炼炉体抽真空后充氮气呈微正压状态，熔炼炉体与保温炉的功率调节为75kw，保温时间为60min，加热熔炼炉体至预设温度800℃，使得熔炼炉体中的铝合金原料熔融成为液体。

B、采用氮气作为雾化气体，控制雾化压强为2Mpa，对熔融后的铝合金液体进行气雾化，氮气气流对铝合金熔融液体进行破碎冷却成铝合金的球形或类球形颗粒；

C、收集步骤B得到球形或类球形颗粒并进行处理得到3D打印用铝合金粉末。粉末粒度为15-50μm。空心粉比例在8.5％。

从以上实施例中可以看出：本发明的方法将空心粉的比例大大下降，提高了金属3D打印的质量。