[發明專利]含鋁金屬打印粉末及其制備方法

在審

• 申請號: 201610231510.9
• 申請日: 2016-04-13
• 公開（公告）號: CN105710380A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 楊金文
• 申請（專利權）人: 廣州納聯材料科技有限公司
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;B22F9/04;B22F1/00;B33Y70/00
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 鄭彤

技術領域

本發明涉及3D打印技術領域，特別是涉及一種含鋁金屬打印粉末及其制備方法。

背景技術

近年來，3D打印技術由于可直接生產復雜形狀零件而發展迅猛，在航空航天、衛生 醫療、汽車、藝術、建筑等領域得到應用。3D打印要求金屬粉末球形度好、粒度分布窄(粒度 分布在15～53μm之間)、氧含量低、流動性好等特征。國內外現在的研究重點基本都是在保 證金屬粉末球形度以及粉末氧含量上面，對于成型后的金屬零件的測試相對較少，一般情 況下會做零件表面粗糙度、密度和拉伸實驗，這些性能在3D打印之后都可以得到較好的滿 足，但是進行零件的疲勞測試時，一般都很難達到相關的要求，較于鍛造件來說，其疲勞壽 命都是相對較差的，這是因為在打印過程中會產生足夠的內應力，這對零件的疲勞壽命而 言是致命的。

目前比較成熟的技術是采用氣霧化、等離子霧化和旋轉電極法進行球形粉末的生 產，其主要產品是用于教育、醫療和航天領域，在打印成型的零件，在強度和其他性能達到 要求的前提下，其耐磨和疲勞性能難以到達預期要求，跟傳統的鑄造及鍛造材料相比，其耐 磨性和疲勞壽命都相差甚遠，其主要原因是源于兩方面：其一是在3D打印過程中，零件的冷 卻速度較快，存在較大的內應力，即使后期進行了內應力退火，零件內部依然會保留大量的 內應力，其二是硬質相第二相粒子的形成是需要一定的形核和長大時間的，但是3D打印過 程中，金屬的融化和凝固都是在極短時間內完成的，并且在打印過程中的溫度并不能完全 保證在第二相粒子形核長大的溫度區間，況且零件的溫度會在很短的時間內降低到較低的 溫度。

目前的3D打印的材料很少添加對耐磨性和疲勞性能有利的微量元素，即使存在少 量的微量元素也因為3D打印過程中積累的內應力無法完全消除而使得在3D打印之后的金 屬零件其耐磨性和疲勞壽命都得不到保障。

為了在合金中生成彌散均勻分布的第二相顆粒，一般合金中是添加C元素形成MC、 M23C6等碳化物，但是提高C含量導致材料的脆性增加，不利于材料的綜合性能。也有通過添 加碳納米管，但是不能解決碳納米管跟基體材料之間的潤濕性的問題，這就導致了材料在 使用過程中的功能的降低或者缺失。

3D打印后的金屬零件想要獲得良好的機械性能需要復雜的后處理工序，這在一定 程度上增加了制造成本。

發明內容

基于此，本發明的目的是提供一種能夠提高含鋁金屬打印粉末耐磨性和抗疲勞性 能的制備方法。

具體的技術方案如下：

一種含鋁金屬打印粉末的制備方法，包括如下步驟：

金屬間化合物復合塊的制備：

將鋁粉、碳納米管和過程控制劑混合后置于球磨攪拌機中，球磨的工藝參數為：控 制球料比為5-25：1，轉速為700-1300r/min，球磨時間為60-180min，球磨氣氛為惰性氣體； 球磨后的混合物經冷壓成型，即得所述金屬間化合物復合塊；

所述碳納米管的添加量為所述鋁粉用量的1-20wt％，所述過程控制劑的添加量為 所述鋁粉用量的1-5wt％；

按所述含鋁金屬打印粉末的合金原料配比混合各原料和所述金屬間化合物復合 塊，所述金屬間化合物復合塊的加入量為所述含鋁金屬打印粉末總質量的1-20％；然后進 行熔煉、霧化，即得所述含鋁金屬打印粉末。

在其中一些實施例中，所述過程控制劑為乙醇和/或硬脂酸鈉。

在其中一些實施例中，所述過程控制劑為質量比為1：1的乙醇和硬脂酸鈉。

在其中一些實施例中，所述碳納米管的直徑為20-40nm，長度為5-30μm。

在其中一些實施例中，所述鋁粉中鋁元素的質量百分含量為99.5wt％以上。

在其中一些實施例中，所述球磨的工藝參數為：控制球料比為10-20：1，轉速為 900-1300r/min，球磨時間為60-120min。

本發明的另一目的是提供一種耐磨性和抗疲勞性能好的含鋁金屬打印粉末。

具體的技術方案如下：

上述制備方法制備得到的含鋁金屬打印粉末。

在其中一些實施例中，所述含鋁金屬打印粉末的合金組成為Ti6Al4V或ALSi10Mg。

在其中一些實施例中，所述含鋁金屬打印粉末的含氧量小于1200ppm，53μm以下粉 末占有率為50-70wt％。