[發(fā)明專利]一種石墨烯3D打印合金材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711227044.8
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN107999752B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 侯樹亭;沈海斌
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林云亭石墨烯技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y70/10;C22C14/00;C22C1/10;C22C1/05
• 代理公司: 無錫華源專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32228
• 代理人: 聶啟新

一種石墨烯3D打印合金材料的制備及應(yīng)用，包括石墨烯?鈦合金粉末制備；3D打印機三維建模；3D打印石墨烯?鈦復(fù)合材料。本發(fā)明以石墨烯、鈦/鈦合金粉為基礎(chǔ)材料，添加活性改性劑，制備的石墨烯?鈦合金粉末適于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明制備的石墨烯?鈦合金粉末主要用于3D打印行業(yè)中，可根據(jù)需求打印出各種形狀的零部件，且打印的部件內(nèi)應(yīng)力缺陷少，力學(xué)強度高，同時制備工藝簡單，制備效率較高。此石墨烯3D打印合金材料的制備方法為石墨烯的下游應(yīng)用開辟了一種新的可實現(xiàn)方法，開發(fā)了石墨烯在3D打印領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種石墨烯材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種石墨烯3D打印合金材料的制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯是一種由碳原子緊密堆積而成的二維晶體材料，因其具有獨特的結(jié)構(gòu)，優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、光學(xué)、化學(xué)及熱學(xué)等性能成為許多人研究的熱點。

金屬3D打印材料的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，例如，石化工程應(yīng)用、航空航天、汽車制造、注塑模具、輕金屬合金鑄造、食品加工、醫(yī)療、造紙、電力工業(yè)、珠寶、時裝等。金屬3D打印是屬于數(shù)字熱加工的一項技術(shù)，與傳統(tǒng)工藝相比，金屬3D打印有直接成型，無需模具，可以實現(xiàn)個性化設(shè)計并制作復(fù)雜結(jié)構(gòu)，高效、低消耗、低成本等優(yōu)點。但是因為其是數(shù)字熱加工，變形是無法消除的，變形量需要從工藝和經(jīng)驗上去控制，最后還要經(jīng)過數(shù)控機床等技術(shù)的后期加工處理。3D打印合金材料一般存在內(nèi)應(yīng)力缺陷，需增加其內(nèi)部凝結(jié)力。

材料已經(jīng)成為制約金屬3D打印技術(shù)普及的重要原因。工業(yè)級的3D打印材料更是十分有限，目前適用的金屬材料只有10余種，而且只有專用的金屬粉末材料才能滿足金屬零件的打印需要。需要用到金屬粉末材料的3D打印為工業(yè)級打印機，即選擇性激光燒結(jié)(SLS)和選擇性激光熔化(SLM)技術(shù)。而石墨烯因其比表面積大，獨特的二維納米結(jié)構(gòu)，石墨烯與合金通過一定制備方法復(fù)合后，可在合金內(nèi)部形成致密的凝結(jié)結(jié)構(gòu)，抵消結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力，提高合金材料的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本申請人提供了一種石墨烯3D打印合金材料的制備及應(yīng)用，為石墨烯在3D打印領(lǐng)域中的應(yīng)用開發(fā)了一種新的方式。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種石墨烯3D打印合金材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)石墨烯-鈦合金粉末制備：將3D打印用鈦粉或鈦合金粉末、石墨烯水分散液、活性改性劑、活性溶劑進行混合研磨分散，過濾篩分得到石墨烯-鈦復(fù)合3D打印材料；各原料的質(zhì)量百分比如下；

(2)3D打印機三維建模：用計算機進行繪制所需打印零件的三維圖形，輸入到3D打印機中；

(3)3D打印石墨烯-鈦復(fù)合材料：將制備好的石墨烯-鈦復(fù)合粉加入到3D打印機中，然后進行3D打印成各種所需零部件材料，打印時氣氛需通入惰性氣體保護。

步驟(1)中所述3D打印用鈦粉或鈦合金粉末，粒徑為1-30um。所述石墨烯水分散液中的石墨烯層數(shù)為1-3層。所述石墨烯水分散液中的石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-15wt％。

優(yōu)選的，步驟(1)所述石墨烯水分散液中含有0.5～1.2wt％的甘油及0.3～1wt％的殼聚糖。

步驟(1)所述活性改性劑為不同分子量的聚乙二醇中的至少一種。所述活性溶劑為乙醇、松油醇、乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯、異佛爾酮、乙二醇、DBE中至少一種。

本發(fā)明有益的技術(shù)效果在于：

(1)開發(fā)了一種新的石墨烯3D打印合金材料的制備方式方法；(2)制備的石墨烯3D打印合金材料技術(shù)路線成熟，工藝管控簡便，適合工業(yè)化大生產(chǎn)；(3)制備的3D打印的部件內(nèi)應(yīng)力缺陷少，力學(xué)強度高；(4)實現(xiàn)了石墨烯在3D打印領(lǐng)域中的應(yīng)用；(5)拓寬了石墨烯的下游應(yīng)用范圍。