一种3D打印镁铝质熔融金属过滤装置的制备方法与流程

本发明涉及钢铁冶金领域，具体涉及一种3d打印镁铝质熔融金属过滤装置的制备方法。

背景技术：

近20年来，我国钢铁工业在钢材品种和质量方面发展迅速，然而如高性能模具钢、高强度耐磨钢等高端特殊钢却仍有着每年千万吨的进口量，极大的制约着国家重大工程建设、高端装备制造等领域的发展。性能稳定性是一直以来国产高端特殊钢与进口钢材的最主要差距，而国产钢材性能稳定性差的重要原因之一就是钢中非金属夹杂物精确控制不足。

目前冶金行业去除夹杂物的手段主要有气体搅拌法、电磁净化法、渣洗法和过滤器法等手段。而在高品质钢的生产中，过滤器法是去除其他方法很难去除的小尺寸夹杂都需要使用的方法，主要通过机械拦截、表面吸附的作用去除夹杂物。但传统的熔融金属过滤器因所使用的发泡法制备的过滤器的高温强度低、耐冲刷性差、甚至其本身就会在服役过程中向熔融金属中引入夹杂物以及孔隙大小、分布不均匀等因素，现有的熔融金属过滤器却并不能将夹杂物完全去除，极大的影响了钢材的品质。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种3d打印镁铝质熔融金属过滤装置的制备方法，在结构方面对过滤装置进行优化，使过滤装置的孔径大小和分布更加符合服役环境，提升非金属夹杂物的去除效率；同时采用高强度、耐高温、耐侵蚀的镁铝质耐火材料为原料，使熔融金属过滤装置的功能性和针对性更强。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

技术方案一：一种3d打印镁铝质熔融金属过滤装置的制备方法，其特征在于，以重量份计，镁铝质熔融金属过滤装置原料是由以下组份组成：

工业氧化铝粉50-70份

烧结刚玉粉或电熔刚玉粉1-20份

电熔镁砂粉1-30份

烧结镁砂粉1-30份

还包括占镁铝质熔融金属过滤装置原料总质量10-30%的糊精、亚甲基纤维素或树脂中一种或几种混合的结合剂；

制备镁铝质熔融金属过滤装置，具体操作步骤如下：

步骤一，将上述原料置于球磨罐中，以水为球磨介质，球磨6-12小时；将球磨所得悬浊液倒入抽滤漏斗中，打开真空泵抽滤4-6小时；将抽滤所得混合泥料放入双旋叶真空混合机中，同时加入糊精、亚甲基纤维素或树脂中一种或几种混合的结合剂，混合1-3小时，获得供3d打印设备使用的镁铝质打印泥料；

步骤二，使用solidworks软件创建熔融金属过滤装置的三维模型；

步骤三，使用simplify3d软件对创建后的熔融金属过滤装置三维模型进行切片处理，设置层高1-1.5mm、壁厚1.5-2.0mm、挤出头移动速度3000-4000mm/分钟；

步骤四，将步骤一所得的供3d打印设备使用的镁铝质打印泥料放入3d打印设备盛料筒中，打开空气压缩机向盛料筒内通入0.5-1mpa高压空气使泥料经由输送管进入3d打印设备的挤出头；操作3d打印设备读取步骤三处理后的切片文件进行3d打印成型，得3d打印镁铝质熔融金属过滤装置素坯；

步骤五，将3d打印镁铝质熔融金属过滤装置素坯干燥10-15小时，得干燥后的3d打印镁铝质熔融金属过滤装置素坯；

步骤六，将干燥后的3d打印镁铝质熔融金属过滤装置素坯在1500-1700℃高温炉中煅烧2-6小时，随炉自然冷却后取出，即得3d打印镁铝质熔融金属过滤装置。

技术方案二：一种3d打印镁铝质熔融金属过滤装置的制备方法，其特征在于，以重量份计，镁铝质熔融金属过滤装置原料是由以下组份组成：

镁铝尖晶石粉10-30份

工业氧化铝粉25-40份

烧结刚玉粉或电熔刚玉粉23-24份

电熔镁砂粉或烧结镁砂粉21-27份

还包括占镁铝质熔融金属过滤装置原料总质量10-30%的糊精、亚甲基纤维素或树脂中一种或几种混合的结合剂；

制备镁铝质熔融金属过滤装置，具体操作步骤如下：

步骤一，将上述原料置于球磨罐中，以水为球磨介质，球磨6-12小时；将球磨所得悬浊液倒入抽滤漏斗中，打开真空泵抽滤4-6小时；将抽滤所得混合泥料放入双旋叶真空混合机中，同时加入糊精、亚甲基纤维素或树脂中一种或几种混合的结合剂，混合1-3小时，获得供3d打印设备使用的镁铝质打印泥料；

步骤二，使用solidworks软件创建熔融金属过滤装置的三维模型；

步骤三，使用simplify3d软件对创建后的熔融金属过滤装置三维模型进行切片处理，设置层高1-1.5mm、壁厚1.5-2.0mm、挤出头移动速度3000-4000mm/分钟；

步骤四，将步骤一所得的供3d打印设备使用的镁铝质打印泥料放入3d打印设备盛料筒中，打开空气压缩机向盛料筒内通入0.5-1mpa高压空气使泥料经由输送管进入3d打印设备的挤出头；操作3d打印设备读取步骤三处理后的切片文件进行3d打印成型，得3d打印镁铝质熔融金属过滤装置素坯；

步骤五，将3d打印镁铝质熔融金属过滤装置素坯干燥10-15小时，得干燥后的3d打印镁铝质熔融金属过滤装置素坯；

步骤六，将干燥后的3d打印镁铝质熔融金属过滤装置素坯在1500-1700℃高温炉中煅烧2-6小时，随炉自然冷却后取出，即得3d打印镁铝质熔融金属过滤装置。

上述步骤五的干燥处理过程中若步骤一所用结合剂为糊精、亚甲基纤维素或糊精和亚甲基纤维素混合液时，干燥温度为100℃以上；若步骤一所用结合剂为树脂，则干燥温度需为200℃以上。

所述工业氧化铝粉粒度为300目，其纯度为98.8%；电熔刚玉粉粒度为200目，其纯度99%；电熔镁砂粉粒度为320目，其纯度99.7%；烧结镁砂粉粒度为200目，其纯度96%。

所述镁铝尖晶石粉粒度为200目，其al2o3含量70%、mgo含量28%；工业氧化铝粉粒度为300目，其纯度为98.8%；电熔刚玉粉粒度为200目，其纯度99%；电熔镁砂粉粒度为320目，其纯度99.7%；烧结镁砂粉粒度为200目，其纯度96%。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1）过滤装置孔径人为可控，孔径大小、分布均匀，过滤效果好；2）素坯通过高温烧成，过滤装置常温强度大，常温耐压强度可达到121.3mpa；3）过滤装置采用镁铝质耐火材料，主晶相为尖晶石，耐高温，耐火度可达到1600℃。

附图说明

图1为本发明实施例1模型示意图。

图2为本发明实施例2模型示意图。

图3为本发明实施例3模型示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的制备方法做进一步说明：

实施例1

将镁铝尖晶石粉20g、工业氧化铝粉80g、电熔刚玉粉46g、电熔镁砂粉24g、烧结镁砂30g置于球磨罐中，以水为球磨介质，球磨8小时；将球磨所得悬浊液倒入抽滤漏斗中，打开真空泵抽滤6小时；将抽滤所得混合泥料放入双旋叶真空混合机中，同时加入40g糊精，混合1小时，获得供3d打印设备使用的镁铝质打印泥料；使用solidworks软件创建200mm×200mm×50mm，过滤装置孔隙采用方形结构，过滤装置孔隙尺寸为20μm×20μm的熔融金属过滤装置的三维模型；使用simplify3d软件对创建后的熔融金属过滤装置三维模型进行切片处理，设置层高1mm、壁厚1.5mm、挤出头移动速度4000mm/分钟；将供3d打印设备使用的镁铝质打印泥料放入3d打印设备盛料筒中，打开空气压缩机向盛料筒内通入0.6mpa高压空气使泥料经由输送管进入3d打印设备的挤出头；操作3d打印设备读取切片文件进行3d打印成型，得3d打印镁铝质熔融金属过滤装置素坯；将3d打印镁铝质熔融金属过滤装置素坯于110℃干燥12小时，得干燥后的3d打印镁铝质熔融金属过滤装置素坯；将干燥后的3d打印镁铝质熔融金属过滤装置素坯在1600℃高温炉中煅烧6小时，随炉自然冷却后取出，即得3d打印镁铝质熔融金属过滤装置。

按sn/t 3797-2014测试样的晶相；按gb/t5072-2008测试样的常温耐压强度；按gb/t2997-2000测试样的体积密度；抗热震性试验是将试样直接放入1100℃炉膛内保温20min，取出放在常温循环水中保持3min后取出自然放置5min，上述过程重复直至试样断裂或出现大的掉块。本实施例方法制备的孔隙采用方形结构，过滤装置孔隙尺寸为20μm×20μm的熔融金属过滤装置的主晶相为尖晶石，常温耐压强度103.7mpa，体积密度3.07g/cm³，抗热震次数为21次。

实施例2

将工业氧化铝粉60g、烧结刚玉粉52g、烧结镁砂48g、镁铝尖晶石粉40g置于球磨罐中，以水为球磨介质，球磨8小时；将球磨所得悬浊液倒入抽滤漏斗中，打开真空泵抽滤6小时；将抽滤所得混合泥料放入双旋叶真空混合机中，同时加入50g亚甲基纤维素，混合1小时，获得供3d打印设备使用的镁铝质打印泥料；使用solidworks软件创建200mm×200mm×50mm，过滤装置孔隙采用三角形结构，过滤装置孔隙的直角边长为15μm的熔融金属过滤装置的三维模型；使用simplify3d软件对创建后的熔融金属过滤装置三维模型进行切片处理，设置层高1.2mm、壁厚1.5mm、挤出头移动速度3000mm/分钟；将供3d打印设备使用的镁铝质打印泥料放入3d打印设备盛料筒中，打开空气压缩机向盛料筒内通入0.7mpa高压空气使泥料经由输送管进入3d打印设备的挤出头；操作3d打印设备读取切片文件进行3d打印成型，得3d打印镁铝质熔融金属过滤装置素坯；将3d打印镁铝质熔融金属过滤装置素坯于110℃干燥12小时，得干燥后的3d打印镁铝质熔融金属过滤装置素坯；将干燥后的3d打印镁铝质熔融金属过滤装置素坯在1650℃高温炉中煅烧6小时，随炉自然冷却后取出，即得3d打印镁铝质熔融金属过滤装置。

按sn/t 3797-2014测试样的晶相；按gb/t5072-2008测试样的常温耐压强度；按gb/t2997-2000测试样的体积密度；抗热震性试验是将试样直接放入1100℃炉膛内保温20min，取出放在常温循环水中保持3min后取出自然放置5min，上述过程重复直至试样断裂或出现大的掉块。本实施例方法制备的孔隙采用三角形结构，过滤装置孔隙直角边长为15μm的熔融金属过滤装置的主晶相为尖晶石，常温耐压强度121.3mpa，体积密度3.15g/cm³，抗热震次数为15次。

实施例3

将工业氧化铝粉58g、电熔刚玉粉20g、烧结镁砂22g、电熔镁砂粉20g置于球磨罐中，以水为球磨介质，球磨6小时；将球磨所得悬浊液倒入抽滤漏斗中，打开真空泵抽滤6小时；将抽滤所得混合泥料放入双旋叶真空混合机中，同时加入36g树脂，混合1小时，获得供3d打印设备使用的镁铝质打印泥料；使用solidworks软件创建200mm×200mm×50mm，过滤装置孔隙采用正六边形结构，过滤装置孔隙边长为15μm的熔融金属过滤装置的三维模型；使用simplify3d软件对创建后的熔融金属过滤装置三维模型进行切片处理，设置层高1mm、壁厚1.5mm、挤出头移动速度3000mm/分钟；将供3d打印设备使用的镁铝质打印泥料放入3d打印设备盛料筒中，打开空气压缩机向盛料筒内通入0.6mpa高压空气使泥料经由输送管进入3d打印设备的挤出头；操作3d打印设备读取切片文件进行3d打印成型，得3d打印镁铝质熔融金属过滤装置素坯；将3d打印镁铝质熔融金属过滤装置素坯于220℃干燥12小时，得干燥后的3d打印镁铝质熔融金属过滤装置素坯；将干燥后的3d打印镁铝质熔融金属过滤装置素坯在1600℃高温炉中煅烧6小时，随炉自然冷却后取出，即得3d打印镁铝质熔融金属过滤装置。

按sn/t 3797-2014测试样的晶相；按gb/t5072-2008测试样的常温耐压强度；按gb/t2997-2000测试样的体积密度；抗热震性试验是将试样直接放入1100℃炉膛内保温20min，取出放在常温循环水中保持3min后取出自然放置5min，上述过程重复直至试样断裂或出现大的掉块。本实施例方法制备的孔隙采用正六边形结构，过滤装置孔隙的边长为15μm的熔融金属过滤装置的主晶相为尖晶石，常温耐压强度114.2mpa，体积密度3.11g/cm³，抗热震次数为17次。

从上述实施例可以看出，本发明制备的不同孔径的3d打印镁铝质熔融金属过滤装置，主晶相是尖晶石，尖晶石是一种耐高温、耐侵蚀性强的材料，十分适用于熔融金属过滤装置的服役环境。由于采用3d打印技术成型，可以通过改变模型设置，方便地制造不同孔径、结构的产品。产品自由度高、多样性强，由于采用自动控制，产品质量稳定，可靠性强，适合于不同服役环境不同规格的各类过滤装置的制备。