本发明涉及金属材料领域，尤其涉及一种应用于激光烧结技术的高强度金属粉末及其工艺。
背景技术：
3D打印技术目前已成为全球最关注的的新兴技术之一，这种新兴的生产方式与其他数字化生产模式一起推动第三次工业革命的实现。3D打印技术，就是在计算机中将3D CAD模型分成若干层，通过3D打印设备在一个平面上按照3D CAD层图形，将塑料、金属甚至生物组织活性细胞等材料烧结或者黏合在一起，然后再一层一层的叠加起来。通过每一层不同的图形的累积，最后形成一个三维物体金属零件。3D打印技术作为整个3D打印体系中最为前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。随着科技发展及推广应用的需求，利用快速成型直接制造金属功能零件成为了快速成型主要的发展方向。目前可用于直接制造金属功能零件的快速成型方法主要有：包括选择性激光烧结技术（Selective Laser Sintering, SLS）、直接金属粉末激光烧结技术(Direct Metal Laser Sintering DMLS)、选区激光熔化技术（Selective Laser Melting, SLM）、激光近净成形技术（Laser Engineered Net Shaping, LENS）和电子束选区熔化技术（Electron Beam Selective Melting, EBSM）。制约3D打印技术迅速发展的其中一个瓶颈是打印材料，特别是金属打印材料。
选择性激光烧结技术的整个工艺装置由粉末缸和成型缸组成,工作粉末缸活塞(送粉活塞)上升,由铺粉辊将粉末在成型缸活塞(工作活塞)上均匀铺上一层,计算机根据原型的切片模型控制激光束的二维扫描轨迹,有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。完成一层后,工作活塞下降一个层厚,铺粉系统铺上新粉,控制激光束再扫描烧结新层。如此循环往复,层层叠加,直到三维零件成型。SLS工艺采用半固态液相烧结机制，粉体未发生完全熔化，虽可在一定程度上降低成形材料积聚的热应力，但成形件中含有未熔固相颗粒，直接导致孔隙率高、致密度低、拉伸强度差、表面粗糙度高等工艺缺陷，在SLS半固态成形体系中，固液混合体系粘度通常较高，导致熔融材料流动性差，将出现SLS快速成形工艺特有的冶金缺陷——“球化”效应。球化现象不仅会增加成形件表面粗糙度，更会导致铺粉装置难以在已烧结层表面均匀铺粉后续粉层，从而阻碍SLS过程顺利开展。由于烧结好的零件强度较低,需要经过后处理才能达到较高的强度并且制造的三维零件普遍存在强度不高、精度较低及表面质量较差等问题。
技术实现要素：
本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种应用于选择性激光烧结技术的高强度金属粉末，从而有效解决 “球化”效应，制得强度高、表面质量好的三维零件。
本发明采用的技术方案是：一种应用于选择性激光烧结技术的高强度金属粉末，其重量组份包括如下：钼 15～18、铌 10～12、锂 1～3、铷0～3，锡铋合金 0～3，预合金SCuP粉末1～4、锌 1～2，铜 1～2；所述锂、铷和锡铋合金为采用沉积法制备成平均粒径为0.1～3微米的亚微米级金属粉末，所述钼和铌为平均粒径为15～45微米的金属粉末。
一种应用于选择性激光烧结技术的高强度金属粉末的制备工艺，包括如下步骤：（1）采用物理气相沉淀法或化学气相沉淀法制备出平均粒径在0.1～3的亚微米级金属粉末锂、铷和锡铋合金；（2）将钼、铌、铜和锌的金属原料分别进行熔炼、打渣制得金属熔浆，对金属熔浆进行超生雾化处理、冷凝制得平均粒径为15～45微米的金属粉末；（3）将制得的平均粒径在0.1～3亚微米级金属粉末、平均粒径为15～45微米的金属粉末和预合金SCuP粉末混合，在干燥介质氩气的作用下，先进行球磨，再进行机械搅拌。
作为本发明的进一步改进，所述预合金SCuP粉末中加入微量的Ag和P。
作为本发明的进一步改进，步骤（3）中充入氩气至真空压力达到0.04～0.06MPa进行连续蒸发；步骤（3）中球磨时间为60～70min，转速为350～400r/min，机械搅拌时间为30～40min，搅拌速率为120～180r/min。
本发明采用的有益效果是：本发明领用高熔点金属粉末作为骨架金属，保留其固相核心，低熔点金属粉末作为粘结金属配合铜、锌和预合金SCuP粉末克服“球化”现象，从而提高制得的三维零件的硬度和表面质量。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明做进一步的说明。
实施例1，一种应用于选择性激光烧结技术的高强度金属粉末，其重量组份包括如下：钼 15、铌 10、锂 1、铷1，锡铋合金 1.5，预合金SCuP粉末1、锌 1，铜 2；所述锂、铷和锡铋合金为采用沉积法制备成平均粒径为0.1～3微米的亚微米级金属粉末，所述钼和铌为平均粒径为15～45微米的金属粉末。确保细粉量控制在10%左右，进而克服“球化”现象。
一种应用于选择性激光烧结技术的高强度金属粉末的制备工艺，包括如下步骤：（1）采用物理气相沉淀法或化学气相沉淀法制备出平均粒径在0.1～3的亚微米级金属粉末锂、铷和锡铋合金；（2）将钼、铌、铜和锌的金属原料分别进行熔炼、打渣制得金属熔浆，对金属熔浆进行超生雾化处理、冷凝制得平均粒径为15～45微米的金属粉末；（3）将制得的平均粒径在0.1～3亚微米级金属粉末、平均粒径为15～45微米的金属粉末和预合金SCuP粉末混合，充入氩气至真空压力达到0.04MPa进行连续蒸发，先进行球磨，球磨时间为60min，转速为350r/min；再进行机械搅拌, 搅拌时间为30min，搅拌速率为120r/min。
实施例2，一种应用于选择性激光烧结技术的高强度金属粉末，其重量组份包括如下：钼 18、铌 12、锂 1、铷1，锡铋合金 1，预合金SCuP粉末1、锌 2，铜 2；所述锂、铷和锡铋合金为采用沉积法制备成平均粒径为0.1～3微米的亚微米级金属粉末，所述钼和铌为平均粒径为15～45微米的金属粉末，所述预合金SCuP粉末中加入微量的Ag和P。确保细粉量控制在10%左右，进而克服“球化”现象。
一种应用于选择性激光烧结技术的高强度金属粉末的制备工艺，包括如下步骤：（1）采用物理气相沉淀法或化学气相沉淀法制备出平均粒径在0.1～3的亚微米级金属粉末锂、铷和锡铋合金；（2）将钼、铌、铜和锌的金属原料分别进行熔炼、打渣制得金属熔浆，对金属熔浆进行超生雾化处理、冷凝制得平均粒径为15～45微米的金属粉末；（3）将制得的平均粒径在0.1～3亚微米级金属粉末、平均粒径为15～45微米的金属粉末和预合金SCuP粉末混合，充入氩气至真空压力达到0.06MPa进行连续蒸发，先进行球磨，球磨时间为70min，转速为400r/min；再进行机械搅拌, 搅拌时间为40min，搅拌速率为180r/min。
实施例3，一种应用于选择性激光烧结技术的高强度金属粉末，其重量组份包括如下：钼 17、铌 11、锂 1,锡铋合金 0.5，预合金SCuP粉末2、锌 2，铜 2；所述锂、铷和锡铋合金为采用沉积法制备成平均粒径为0.1～3微米的亚微米级金属粉末，所述钼和铌为平均粒径为15～45微米的金属粉末，所述预合金SCuP粉末中加入微量的Ag和P。确保细粉量控制在10%左右，进而克服“球化”现象。
一种应用于选择性激光烧结技术的高强度金属粉末的制备工艺，包括如下步骤：（1）采用物理气相沉淀法或化学气相沉淀法制备出平均粒径在0.1～3的亚微米级金属粉末锂、铷和锡铋合金；（2）将钼、铌、铜和锌的金属原料分别进行熔炼、打渣制得金属熔浆，对金属熔浆进行超生雾化处理、冷凝制得平均粒径为15～45微米的金属粉末；（3）将制得的平均粒径在0.1～3亚微米级金属粉末、平均粒径为15～45微米的金属粉末和预合金SCuP粉末混合，充入氩气至真空压力达到0.05MPa进行连续蒸发，先进行球磨，球磨时间为70min，转速为400r/min；再进行机械搅拌, 搅拌时间为40min，搅拌速率为160r/min。
为了克服“球化”现象,以及由此造成的烧结变形、密度疏松等工艺缺陷。本发明通过使用熔点不同的多组元金属粉末和使用预合金粉末来实现。多组分金属粉末体系由高熔点金属钼和铌，低熔点金属锂、铷和锡铋合金，其中高熔点金属粉末作为骨架金属，保留其固相核心；低熔点金属粉末作为粘结金属，熔化形成液相，生成的液相包覆、润湿和粘结固相金属颗粒，以此实现烧结致密化。同时加入锌和铜的晶界偏析型反球化元素和预合金SCuP粉末，进一步增加烧结的延展性，改善润湿性，从而控制球化效应的产生。
通过激光烧结粉末的试验发现，通过调整工艺参数，能够改变烧结池的形状进而减少甚至消除球化效应。但是粉末颗粒的尺寸一样对球化效应产生影响，实验表明当细粉量控制在10%左右时，球化效应现象得到明显的抑制。
在预合金SCuP粉末的烧结中加入少量的P、Ag两种辅助材料，其中Ag元素能够有效增加烧结的延展性，P元素能使表面氧化优先与P反应生成磷渣，使得烧结阶段形成金属-金属界面，进而改善了湿润性，抑制球化效应的产生。
将上述实施例制备的金属粉末用于3D打印，在喷嘴喷撒过程中具有分散性好，充分发挥金属粉末输送优的特点。在逐层打印郭总充分保证相接处的金属粉末接触面积大，粘结紧固。由于本发明不时一体化的金属粉末，而是通过高熔点金属粉末作为骨架金属，保留其固相核心；低熔点金属粉末作为粘结金属，熔化形成液相，生成的液相包覆、润湿和粘结固相金属颗粒。因此既具备亚微米离子的优点，又具备分散性和输送性的优点。
本发明的金属粉末同样可以应用于直接金属粉末激光烧结技术(Direct Metal Laser Sintering DMLS)、选区激光熔化技术（Selective Laser Melting, SLM），提高三维零件的硬度和表面质量。
本领域技术人员应当知晓，本发明的保护方案不仅限于上述的实施例，还可以在上述实施例的基础上进行各种排列组合与变换，在不违背本发明精神的前提下，对本发明进行的各种变换均落在本发明的保护范围内。