一種用于3d打印的增強(qiáng)金屬復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于3D打印材料領(lǐng)域,具體涉及一種用于3D打印的增強(qiáng)金屬復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002 ] 3D打印技術(shù)是將三維物象通過連續(xù)的材料層創(chuàng)建出來,其過程如同打印機(jī)的打印過程,通過將粉料逐點(diǎn)打印成層,然后逐層疊加成三維實(shí)體的制備過程,具有精度高、速度快的特點(diǎn),其最大的特點(diǎn)是從設(shè)計(jì)到成型一步到位,并且能夠制備結(jié)構(gòu)更為精密復(fù)雜的產(chǎn)品。該技術(shù)不但克服了傳統(tǒng)減材制造造成的損耗,而且使產(chǎn)品制造更智能化,更精準(zhǔn),更高效。目前,制約3D打印技術(shù)迅速發(fā)展的最大瓶頸是打印材料,特別是金屬打印材料。
[0003]在高性能金屬構(gòu)件直接采用3D打印技術(shù)制造方面,需要3D打印金屬材料粒徑細(xì)、粒徑均勻、高球形度、低氧含量。中國發(fā)明專利CN103801704A公開了一種3D打印用成型銅粉材料及其制備方法,該方法采用氬氣保護(hù)爐熔煉TUO無氧銅至1250?1400°C,在穩(wěn)定微壓下銅液通過漏包坩禍和導(dǎo)流嘴流經(jīng)氣霧化噴嘴,被噴嘴射出的預(yù)熱音速氬氣流沖刷銅液表面產(chǎn)生剪切力和擠壓力,使銅液變形、液流直徑不斷減小,并最終形成小液滴,而后在霧化室冷卻制得球形金屬粉末,該制備方法制得的3D打印銅粉得粉率高、球形度高、含氧量小于500ppm、粒徑小于I Ομπι且分布窄。
[0004]而現(xiàn)有以金屬粉體為原料的3D打印技術(shù),通過直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)技術(shù)、電子束熔化成型(EBM)技術(shù)、選擇性激光熔化成型(SLM)技術(shù)、選擇性熱燒結(jié)(SHS)技術(shù)和選擇性激光燒結(jié)(SLS)技術(shù),其原理均是用能量對金屬粉體熔化、燒結(jié)形成新的金屬材料和形狀。由于在空氣中金屬粉體熔化、燒結(jié)易于氧化,熔體流動造成制品變形,因而3D打印的金屬制品的硬度、抗拉強(qiáng)度、韌性都比較低。
[0005]通過金屬粉增強(qiáng)處理可有效克服在3D打印制備金屬制品的強(qiáng)度缺陷。已有報(bào)道,利用碳化硅纖維、晶須材料可以增強(qiáng)金屬用作飛機(jī)渦輪發(fā)動機(jī)和超音速飛機(jī)的表面材料等。這些對金屬的增強(qiáng)均是將金屬熔融后加入纖維然后成型。而3D打印用金屬材料要求為粉末,因而使得纖維增強(qiáng)受到限制。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對目前用于3D打印的金屬粉末材料成分單一、強(qiáng)度和韌性較差的缺陷,本發(fā)明提出一種用于3D打印的增強(qiáng)金屬復(fù)合材料。該增強(qiáng)金屬復(fù)合材料是通過粘接和燒結(jié),在金屬粉表面形成陶瓷面,該陶瓷面具有微孔,賦予金屬粉強(qiáng)度和韌性。同時(shí)具有球形度高、粒徑小、分布窄的特性。用于3D打印直接成型金屬制品時(shí),金屬瓷面在低于金屬熔點(diǎn)的溫度條件下粘連,有效防止金屬制品的變形,從而得到尚強(qiáng)度、尚初性的金屬制品。
[0007]進(jìn)一步提供一種用于3D打印的增強(qiáng)金屬復(fù)合材料的制備方法。
[0008]一種用于3D打印的增強(qiáng)金屬復(fù)合材料,是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種用于3D打印的增強(qiáng)金屬復(fù)合材料,其特征是:由如下重量份原料制備而成: 金屬粉末50-60份,
裡瓷石20-25份,
石英3-8份,
助熔劑2-3份,
碳酸鈉1-3份,
粘接劑0.5-2份;
其中,所述的金屬粉末為不銹鋼粉體、金屬銅粉、金屬鎳粉、金屬鐵粉、金屬鈦粉中的一種,顆粒粒徑小于100目;
所述的鋰瓷石為粒徑小于1250目的微細(xì)粉體,其中Li20> 3%,K2O >2.5%,Na2O> 2.5% ; 所述的石英為粒徑小于1250目的微細(xì)粉體;
所述的助熔劑為硼酸鋅、氧化鋅、碳酸鋇中的一種,可使金屬粉體表面的鋰瓷石粉、石英粉在1000°C左右瓷化。
[0009]所述的粘接劑為聚丙烯酸、聚乙二醇、甲基纖維素、聚乙烯吡咯烷酮、水性聚氨酯其中至少一種;
所述一種用于3D打印的增強(qiáng)金屬復(fù)合材料,是由如下方法制備而得:
1)將1-3重量份的碳酸鈉、0.5-2重量份的粘接劑與適量水配制成粘稠液體,粘稠液體的粘度在5_8cP之間,然后與50-60重量份的金屬粉在高速分散機(jī)中加熱至80-90°C,以900-1500rpm的速度分散10-15min,使金屬粉具有粘接性和附著性;
2)將步驟I)得到的分散金屬粉與20-25重量份的鋰瓷石、3-8重量份的石英、2-3重量份的助熔劑送入螺旋輸送撲粉機(jī),螺旋輸送撲粉機(jī)帶動物料沿軸向移動,并通過螺旋體連續(xù)旋轉(zhuǎn)將鋰瓷石、石英微細(xì)粉粘接在金屬粉表面;
3)將步驟2)經(jīng)過撲粉的金屬粉在100-120°C下烘干,通過球磨過50目篩;
4)將步驟3)得到的撲粉金屬顆粒在氮?dú)夥諊?,?00-1100°C條件下煅燒10-15分鐘,自然冷卻,得到增強(qiáng)金屬復(fù)合材料。
[0010]本發(fā)明一種用于3D打印的增強(qiáng)金屬復(fù)合材料,利用碳酸鈉和粘接劑提高金屬粉的界面特性,從而使鋰瓷石粉、石英粉與金屬完全粘接,通過粘接和燒結(jié),在金屬粉表面形成陶瓷面,由于碳酸鈉、粘接劑燒結(jié)時(shí)有氣體產(chǎn)生,因此陶瓷面具有微孔,賦予金屬粉強(qiáng)度和韌性。同時(shí)具有球形度高、粒徑小、分布窄的特性。用于3D打印直接成型金屬制品時(shí),金屬瓷面在低于金屬熔點(diǎn)的溫度條件下粘連,有效防止金屬制品的變形,從而得到高強(qiáng)度、高韌性的金屬制品。
[0011]本發(fā)明一種用于3D打印的增強(qiáng)金屬復(fù)合材料及其制備方法,與現(xiàn)有技術(shù)相比,其突出的特點(diǎn)和優(yōu)異的效果在于:
1、本發(fā)明一種用于3D打印的增強(qiáng)金屬復(fù)合材料,在金屬粉表面形成陶瓷面,由于碳酸鈉、粘接劑燒結(jié)時(shí)有氣體產(chǎn)生,因此陶瓷面具有微孔,賦予金屬粉強(qiáng)度和韌性。
[0012]2、本發(fā)明一種用于3D打印的增強(qiáng)金屬復(fù)合材料,用于3D打印直接成型金屬制品時(shí),金屬瓷面在低于金屬熔點(diǎn)的溫度條件下粘連,有效防止金屬制品的變形,從而得到高強(qiáng)度、高韌性的金屬制品。
[0013]3、本發(fā)明一種用于3D打印的增強(qiáng)金屬復(fù)合材料的制備方法,無需對金屬粉完全熔融實(shí)現(xiàn)了金屬粉的增強(qiáng)改性,不但工藝簡短,而且能耗低、成本低,適合于規(guī)?;a(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]
以下通過【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明,但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明的范圍僅限于以下的實(shí)例。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下,根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段做出的各種替換或變更,均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0015]實(shí)施例1
1)將I重量份的碳酸鈉、2重量份的粘接劑聚丙烯酸與適量水配制成粘稠液體,粘稠液體的粘度在5_8cP之間,然后與50重量份的不銹鋼粉體在高速分散機(jī)中加熱至80-90°C,以900rpm的速度分散1min,使金屬粉具有粘接性和附著性