[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于熱鑄工藝中管件的3D打印材料

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710157965.5
• 申請(qǐng)日: 2017-03-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107042302A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張丹丹
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 張丹丹
• 主分類(lèi)號(hào): B22F1/00
• 分類(lèi)號(hào): B22F1/00;C22C49/00;C22C47/02;B33Y70/00;C22C101/06
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專(zhuān)利代理有限公司32206
• 代理人: 顧進(jìn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于精密鑄造工藝領(lǐng)域，具體涉及一種用于熱鑄工藝中管件的3D打印材料。

背景技術(shù)

隨著如今工業(yè)生產(chǎn)效率與質(zhì)量的不斷提升，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)中所用到的熱鑄管件的質(zhì)量要求也隨之提高。目前管件大多通過(guò)模具進(jìn)行澆鑄成型，此方法雖然成本低，制作效率高，制得管件的機(jī)械性能雖然得到保證，但是在長(zhǎng)時(shí)間高溫甚至超高溫環(huán)境的使用下，其承溫能力存在明顯不足，容易導(dǎo)致開(kāi)裂、變形以及斷裂的發(fā)生，影響工業(yè)生產(chǎn)的正常有效進(jìn)行；同時(shí)澆鑄成型的管件精度具有一定局限性，對(duì)于某些對(duì)精度、形狀有著特殊要求的生產(chǎn)工藝，無(wú)法滿(mǎn)足其需求。

3D打印技術(shù)作為快速成型領(lǐng)域，能夠適用于對(duì)精度、形狀具有特殊要求的管件制備，但是目前的打印材料無(wú)法在高溫或者超高溫的環(huán)境下使用。

因此，如何將3D打印技術(shù)應(yīng)用在高溫或者超高溫的環(huán)境下使用的管件生產(chǎn)中，是本領(lǐng)域技術(shù)人員所急需解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種用于熱鑄工藝中管件的3D打印材料。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種用于熱鑄工藝中管件的3D打印材料，其組成成分以及各成分所占質(zhì)量份數(shù)分別為：粘土料：33～45%、無(wú)堿玻璃纖維：19～28%、納米二氧化鋯：12～21%、鎳基合金粉末：7～15%、輔助劑：5～12%；鎳基合金粉末的組成成分以及各成分所占鎳基合金粉末質(zhì)量百分比分別為：Cr：1.3～1.75%、Co＜3.1%、Mo：2.75～3.85%、Re：4～7.7%、Ru＜2.5%、W：5.3～7.5%、Al：3.5～7.5%、Ti＜2%、Ta：5.2～8.5%、Nb＜0.15%、Hf：0.03～0.15%、B＜0.05%、V＜0.8%、稀土元素＜0.15%、其他為Ni；

輔助劑包括穩(wěn)定劑、增韌劑、架橋劑、安定劑以及分散劑。

本發(fā)明提供了一種用于熱鑄工藝中管件的3D打印材料，由粘土料、無(wú)堿玻璃纖維、納米二氧化鋯、鎳基合金粉末以及輔助劑組成，以粘土料為3D打印材料主體，添加無(wú)堿玻璃纖維能夠提高3D打印材料制作成型后的整體強(qiáng)度，同時(shí)其具有優(yōu)秀的不燃性以及耐熱性；納米二氧化鋯具有高熔點(diǎn)，其化學(xué)性質(zhì)不活潑，同時(shí)其熱膨脹系數(shù)低；同時(shí)本發(fā)明中還提供了具備優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、抗疲勞性能、抗高溫腐蝕性和高溫合金組織穩(wěn)定性以及優(yōu)異承溫能力的鎳基合金粉末，Cr作為固溶強(qiáng)化元素能夠提高鎳基合金粉末的抗熱腐蝕和氧化性能，但是Cr同時(shí)也是拓?fù)涿芘畔啵═CP）的形成元素，而TCP相對(duì)最終打印成型的管件的性能是有害的，因此不宜過(guò)高；Co能夠使強(qiáng)化相γ′均勻分布在基體γ相內(nèi)起到強(qiáng)化鎳基合金粉末的作用；Mo能夠通過(guò)起到強(qiáng)化γ′和γ的作用，但是對(duì)鎳基合金粉末內(nèi)的抗腐蝕性能有消極作用；Re可以起到提高鎳基合金粉末的承溫能力、抗腐蝕性和抗氧化能力的作用，但是Re元素的密度較大，凝固過(guò)程中偏析于枝晶干增加了雀斑缺陷形成的傾向性，同時(shí)Re降低了鎳基合金粉末在高溫條件下的組織穩(wěn)定性；Ru能夠起到穩(wěn)定合金組織和提高力學(xué)性能的效果，但是價(jià)格非常昂貴，需要嚴(yán)格控制；W可以提高鎳基高溫合金的高溫性能，但是W在凝固過(guò)程中強(qiáng)烈地偏析于γ枝晶干，當(dāng)W的含量較高時(shí)會(huì)引起糊狀區(qū)內(nèi)液相的熱質(zhì)對(duì)流，增加雀斑缺陷形成的傾向性；Al的作用是提高合金中γ′相的含量，同時(shí)為在鎳基合金粉末表面形成Al₂O₃保護(hù)層提高基本元素，以提高3D打印成品中最易氧化部分的抗氧化能力；Ti、Ta以及Nb能夠代替Al原子強(qiáng)化γ′相，尤其是高溫下的力學(xué)新能，然而當(dāng)這些元素的含量超過(guò)一定量之后就會(huì)形成脆性的TCP相；Hf的主要作用是改善合金的鑄造性；B、Zr在合金中主要起強(qiáng)化晶界的作用，但是降低了合金的初熔溫度；微量的V能夠賦予鎳基高溫合金一些特殊的機(jī)能，例如提高抗張強(qiáng)度和屈服點(diǎn)；稀土元素能夠有效改善鎳基合金的部分性能。通過(guò)上述成分組成的相互作用，例如Mo、W能夠減慢Al、Ti以及Cr的高溫?cái)U(kuò)散，增加擴(kuò)散激活能；稀土元素與Ru相配合，可增強(qiáng)組織穩(wěn)定性，降低共晶含量，提升高溫蠕變性能等，既能夠顯著提高鎳基合金的高溫性能，又能夠有效避免有害相和鑄造缺陷的出現(xiàn)，同時(shí)具有優(yōu)秀的鑄造性能，明顯超過(guò)現(xiàn)有鎳基合金的性能以及制備工藝性，通過(guò)以上成分配比組成的鎳基合金粉末，不僅制備工藝簡(jiǎn)單，同時(shí)由于其本身具有的優(yōu)秀的高溫強(qiáng)度、抗疲勞性能、抗高溫腐蝕性和高溫合金組織穩(wěn)定性以及優(yōu)異承溫能力，確保經(jīng)過(guò)制備獲得的3D打印材料成品依然具有如上特性。本發(fā)明中的輔助劑由穩(wěn)定劑、增韌劑、架橋劑、安定劑以及分散劑組成，穩(wěn)定劑能夠保持整體化學(xué)平衡，降低所獲得的3D打印材料成品的表面張力，能夠有效防止其分解、氧化以及開(kāi)裂；增韌劑能夠顯著降低本發(fā)明所獲得產(chǎn)品的脆性，增強(qiáng)韌性，有效避免裂紋的產(chǎn)生，提高承載強(qiáng)度；架橋劑能夠在本發(fā)明各成分之間起到良好的內(nèi)交聯(lián)作用，提高各成分之間的附著力，提高整體耐磨以及力學(xué)機(jī)械性能；安定劑能夠有效提高本發(fā)明在制備以及通過(guò)本發(fā)明制得成品之后的整體熱安定性，有效抵抗高溫分解；分散劑能夠顯著降低本發(fā)明在制備時(shí)，各成分完成分散過(guò)程所需的時(shí)間，并且提升各成分有效分散性，確保通過(guò)本發(fā)明制得管件的整體性能的均衡。