[發明專利]一種3D打印用金屬基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201611248238.1
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106735174B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 喬暢君;吳韜;金磊;劉仁辰;維克托;卡門;馮曉野;張斐斐
• 申請（專利權）人: 東莞深圳清華大學研究院創新中心;東莞紐卡新材料科技有限公司
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F3/105;B33Y70/00;B33Y10/00;C22C49/08;C22C49/14;C22C101/04
• 代理公司: 東莞市冠誠知識產權代理有限公司 44272
• 代理人: 張作林

本發明提供一種3D打印用金屬基復合材料及其制備方法，3D打印用金屬基復合材料，包括如下組分：鐵粉30?80重量份；輔助粉10?30重量份；單晶藍寶石晶須1~30重量份；潤滑劑5~15重量份；所述輔助粉為Cr、Ni、Cu、Mn、Si、Mo、Nb和C粉末的混合物。本發明的一種3D打印用金屬基復合材料具有高強度、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等多種性能，適用于功能性原型件和系列零件（渦輪發動機燃燒室，薄壁、復雜零部件），被廣泛應用于工業和航空航天領域。

技術領域

本發明屬于3D打印材料領域，具體涉及一種3D打印用金屬基復合材料及其制備方法。

背景技術

不銹鋼材料，高強度和韌性，適用于功能性原型件和系列零件，被廣泛應用于工業和航空航天領域。

單晶藍寶石晶須(Single crystal sapphire Whisker，亦稱單晶藍寶石纖維)是一種具有一定長徑比的單晶氧化鋁晶須，具有超強機械強度、抗熱沖擊、比重小、抗氧化、高耐磨量和高耐腐蝕性等優異的物理性能。單晶藍寶石晶須適合作為陶瓷、金屬、塑料及橡膠的增強組元。因此，單晶藍寶石晶須成為第三代先進復合材料的最佳選擇。

3D打印技術的原理是疊層制造，逐層增加材料來生成三維實體的技術，所以又被稱為增材制造技術。不但克服了傳統減材制造的浪費和損耗，而且使產品制造精準化，高效化，智能化。特別是涉及到復雜形狀的高端產品，3D打印技術顯示出巨大的優越性。被譽為顛覆傳統制造業的第三次工業革命，被列入我國戰略性新興產業。但是由于3D打印技術是對傳統制造模式的顛覆， 3D打印材料成為3D打印技術的瓶頸，限制了3D打印技術的發展，同時這也成為3D打印技術的創新點和難點。

目前，常用的3D打印材料多是塑料材料，利用塑料材料可熔性和熱塑性的特征，在熔融狀態下，通過擠出，凝固并層層疊加，最終形成產品。塑料材料因其具有良好的熱流動性、快速冷卻粘結性和較高的機械強度，在3D打印領域得到快速發展和廣泛的應用。但是3D打印技術最終會向高端工業領域應用上發展，而樹脂塑料材料無法滿足高端工業的需求，因此，3D打印材料逐步從高分子材料向金屬基材料發展。

3D打印主流成型技術包括選擇性激光燒結（SLS）、熔融沉淀成型（FDM）、立體光固化（SLA）等。金屬粉末作為3D打印原料，主要采用選擇性激光燒結。選擇性激光燒結技術是用高能量束（激光、電子束）作為熱源，對粉末進行選區熔化，冷卻后連續堆積，最終形成產品，由于金屬通常熔點較高，又容易被氧化，這樣會影響產品的強度。熔融的金屬材料在凝固過程中體積收縮，會造成巨大的熱應力，這也會影響材料的強度。另一方面，由于金屬粉末粒徑分布不均，冷卻結晶過程復雜且難以控制，會出現晶體長大和枝晶等，必將降低材料的力學性能，導致產品無法獲得高端應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種3D打印用金屬基復合材料及其制備方法，在不銹鋼中加入單晶藍寶石晶須后，可以顯著提高制品在高溫下的彎曲彈性模量、抗拉強度，具有高強度、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等多種性能，用于制備高強、高韌精細工程構件，例如渦輪發動機燃燒室，薄壁、復雜零部件。

為實現以上目的，本發明的技術方案為：

一種3D打印用金屬基復合材料，包括按重量計的如下組分：

鐵粉 35-74%

輔助粉 20%

單晶藍寶石晶須 1~30%

潤滑劑 5~15%；