本發(fā)明屬于金屬材料領域，涉及一種合金粉體，具體涉及一種用于3D打印的金屬粉料及其制備方法。
背景技術：
在3D打印的諸多材料中，金屬材料是應用最為廣泛的材料。目前金屬材料的3D打印方法主要有選擇性激光燒結(jié)、直接能量沉積、微噴射粘結(jié)等。相比之下，微噴射粘結(jié)這種方法的成本較低，工藝較簡單，具有良好的應用前景。這種方法是利用噴頭按照一定的路徑向鋪好的金屬粉末上噴射粘結(jié)劑，將一定位置上的粉末粘接住，形成三維構件輪廓的一層。然后再鋪一層新的金屬粉末，再進行噴射粘接。如此多層粘接疊加，就能夠得到三維的粘接坯體。這種粘接的坯體密度低、強度小，還需要進行脫脂、燒結(jié)才能夠獲得一定密度、強度的三維打印制品。然而，現(xiàn)有的粉體容易導致粘結(jié)力差，使得粘接坯體脫脂后密度較低，孔隙較多。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術的不足而提供一種用于3D打印的金屬粉料。
為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為：一種用于3D打印的金屬粉料，它由鐵基合金粉末和碳粉按質(zhì)量比100～400∶1混合獲得，所述鐵基合金粉末的粒徑為20～60μm，所述碳粉的粒徑為50nm～2μm，所述鐵基合金粉末包括以下重量百分含量的成分：
余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
優(yōu)化地，所述鐵基合金粉末包括以下重量百分含量的成分：
余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種上述用于3D打印的金屬粉料的制備方法，它包括以下步驟：
(a)用含C、Si、Mn、Ti、Mg、V、Cr、Sr、Fe元素的原料配成鐵基合金原料粉末；
(b)采用氫氣或者氬氣作為載氣將所述鐵基合金原料粉末送入等離子體炬中汽化熔煉，形成合金體；所述載氣的流量0.2～1m3/h，送料速率為1～20g/min；
(c)用冷卻氣對所述合金體進行熱交換，形成微細球形鐵基合金粉末，所述冷卻氣流量為1～15m3/h；
(d)將所述鐵基合金粉末導入氣固分離室收集固體粉末；
(e)將所述鐵基合金粉末與所述碳粉按配方比混合后，研磨即可。
優(yōu)化地，所述等離子體炬的功率為5～15kW，發(fā)生氣為流量5～10m3/h的氬氣，邊氣為流量5～20m3/h的氬氣，壓力范圍為負壓100～150mm汞柱。
由于上述技術方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點：本發(fā)明用于3D打印的金屬粉料，通過采用特定配方的鐵基合金粉末與碳粉按比例進行混合，這樣能夠確保金屬元素在高溫燒結(jié)時不會被氧化并使得高含量的Fe和Ti填充于基體的孔隙之中，從而可提高燒結(jié)坯體的密度，獲得高強度的打印制品。
具體實施方式
下面將對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行詳細說明。
實施例1
本實施例提供一種用于3D打印的金屬粉料，它由鐵基合金粉末和碳粉按質(zhì)量比100∶1混合獲得，鐵基合金粉末的平均粒徑為20μm，碳粉的平均粒徑為50nm，鐵基合金粉末包括以下重量百分含量的成分：0.01％C、1％Si、0.3Mn、5％Ti、0.2％Mg、0.2％V、0.1％Cr、0.05％Sr，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
上述用于3D打印的金屬粉料的制備方法，它包括以下步驟：
(a)用含C、Si、Mn、Ti、Mg、V、Cr、Sr、Fe元素的原料配成鐵基合金原料粉末(根據(jù)元素選擇對應的原料為本領域技術人員的公知常識)；
(b)采用氬氣作為載氣將鐵基合金原料粉末送入等離子體炬中汽化熔煉，形成合金體；載氣的流量0.2m3/h，送料速率為1g/min；所述等離子體炬的功率為5kW，發(fā)生氣為流量5m3/h的氬氣，邊氣為流量5m3/h的氬氣，壓力范圍為負壓100mm汞柱；
(c)用冷卻氣對合金體進行熱交換，形成微細球形鐵基合金粉末，所述冷卻氣流量為1m3/h；
(d)將所述鐵基合金粉末導入氣固分離室收集固體粉末；
(e)將所述鐵基合金粉末與所述碳粉按配方比混合后，研磨均勻即可。
實施例2
本實施例提供一種用于3D打印的金屬粉料，它由鐵基合金粉末和碳粉按質(zhì)量比400∶1混合獲得，鐵基合金粉末的平均粒徑為60μm，碳粉的平均粒徑為2μm，鐵基合金粉末包括以下重量百分含量的成分：0.03％C、0.5％Si、0.1Mn、3％Ti、0.5％Mg、0.15％V、0.15％Cr、0.01％Sr，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
上述用于3D打印的金屬粉料的制備方法，它包括以下步驟：
(a)用含C、Si、Mn、Ti、Mg、V、Cr、Sr、Fe元素的原料配成鐵基合金原料粉末(根據(jù)元素選擇對應的原料為本領域技術人員的公知常識)；
(b)采用氬氣作為載氣將鐵基合金原料粉末送入等離子體炬中汽化熔煉，形成合金體；載氣的流量1m3/h，送料速率為20g/min；所述等離子體炬的功率為15kW，發(fā)生氣為流量10m3/h的氬氣，邊氣為流量20m3/h的氬氣，壓力范圍為負壓150mm汞柱；
(c)用冷卻氣對合金體進行熱交換，形成微細球形鐵基合金粉末，所述冷卻氣流量為15m3/h；
(d)將所述鐵基合金粉末導入氣固分離室收集固體粉末；
(e)將所述鐵基合金粉末與所述碳粉按配方比混合后，研磨均勻即可。
實施例3
本實施例提供一種用于3D打印的金屬粉料，它由鐵基合金粉末和碳粉按質(zhì)量比200∶1混合獲得，鐵基合金粉末的平均粒徑為50μm，碳粉的平均粒徑為1μm，鐵基合金粉末包括以下重量百分含量的成分：0.02％C、0.8％Si、0.1Mn、5％Ti、0.2％Mg、0.15％V、0.1％Cr、0.02％Sr，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
上述用于3D打印的金屬粉料的制備方法，它包括以下步驟：
(a)用含C、Si、Mn、Ti、Mg、V、Cr、Sr、Fe元素的原料配成鐵基合金原料粉末(根據(jù)元素選擇對應的原料為本領域技術人員的公知常識)；
(b)采用氬氣作為載氣將鐵基合金原料粉末送入等離子體炬中汽化熔煉，形成合金體；載氣的流量0.5m3/h，送料速率為15g/min；所述等離子體炬的功率為12kW，發(fā)生氣為流量8m3/h的氬氣，邊氣為流量15m3/h的氬氣，壓力范圍為負壓120mm汞柱；
(c)用冷卻氣對合金體進行熱交換，形成微細球形鐵基合金粉末，所述冷卻氣流量為10m3/h；
(d)將所述鐵基合金粉末導入氣固分離室收集固體粉末；
(e)將所述鐵基合金粉末與所述碳粉按配方比混合后，研磨均勻即可。
實施例4
本實施例提供一種用于3D打印的金屬粉料，其制備方法與實施例3中的基本一致，它由鐵基合金粉末和碳粉按質(zhì)量比250∶1混合獲得，鐵基合金粉末的平均粒徑為50μm，碳粉的平均粒徑為1μm，不同的是：鐵基合金粉末包括以下重量百分含量的成分：0.02％C、0.8％Si、0.2Mn、4％Ti、0.3％Mg、0.18％V、0.12％Cr、0.03％Sr，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
將實施例1至實施例4中制得的用于3D打印的金屬粉料進行3D打印形成在基板的表面，具體參考現(xiàn)有技步驟：
(a)采用逐層噴射聚乙烯吡咯烷酮水溶液的粘結(jié)劑微液滴，然后逐層疊加金屬粉料的3D打印方法獲得此金屬成型粉料的一種5×5×5mm3立方體結(jié)構的三維粘接坯體；
(b)成型后的粘接坯體再進行脫脂燒結(jié)，先在600℃以下進行脫脂，然后在真空狀態(tài)下逐漸升溫至1350℃進行燒結(jié)，獲得3D打印制品。測得3D打印制品的性能列于表1中。
表1 實施例1至實施例4中制得的用于3D打印的金屬粉料制得3D打印制品的性能
上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。