[發明專利]一種適用于3D打印的具有雙峰分布金屬粉末的制備方法

有效

• 申請號: 201810181510.1
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108274011B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 聶祚仁;張亞娟;宋曉艷;王海濱;劉雪梅
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B22F9/04
• 分類號: B22F9/04;B22F1/00;B33Y70/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種適用于3D打印的具有雙峰分布金屬粉末的制備方法，屬于金屬粉末材料技術領域。采用平均粒徑在0.5～1.5μm范圍內的金屬粉末為初始原料配制料漿；然后對金屬粉末進行團聚造粒，通過調節霧化盤的轉速控制制備的微米級金屬粉末的粒徑分布；最后對造粒后微米級金屬粉末進行熱處理，通過脫膠和致密化固結作用，獲得球形度、流動性和氧含量滿足3D打印要求的具有雙峰粒度分布的金屬粉末顆粒。本方法與現有的其他相關金屬粉末制備方法相比，對金屬粉末顆粒的球形度、粒徑分布和氧含量的可控性強，可在同一批次制備獲得具有特殊粒度分布的金屬粉末，且具有工藝簡單、成本低的優勢。

技術領域

本發明涉及一種適用于3D打印獲得高致密度打印件的具有雙峰粒徑分布的金屬球形粉末的制備方法，屬于金屬粉末材料技術領域。

背景技術

3D打印技術基于逐層累加的原理，可替代傳統制備加工工藝并可高效、高精度制備復雜形狀的三維工件，因此近年來受到廣泛關注和熱點研究。然而，高質量金屬類打印材料是制約3D打印技術應用和獲取高性能金屬打印件的首要瓶頸問題。對于3D打印用金屬類粉末材料，通常要求金屬粉末粒徑細小(＜50μm)、均勻，具有高球形度、高流動性和低氧含量等。在此基礎上，高性能金屬打印構件對粉末材料提出了更高的要求，如具有雙峰分布的特殊粒度分布金屬粉末。由于雙峰分布的粉末既能保持高的流動性，又可以實現小尺寸顆粒填充大尺寸顆粒間的孔隙從而有效提高粉末堆積密度，從而在不必改變打印工藝的條件下獲得表面光滑、組織結構致密的高性能打印件。目前，大量研究者關注特殊粒度分布的金屬粉末，但已有研究報道中使用的雙峰分布粉末是用兩種粒度的粉末顆粒混合而成。這種方法很易因混合不均勻而造成粉末流動性差、打印件密度不均勻、因長時間球磨混合導致引入磨球所含金屬元素以及氧、碳等雜質元素。現有的金屬粉末制備技術所得的粉末材料，通常粒度分布呈單峰形式，如氣體霧化法、等離子旋轉電極法、射頻等離子體球化法等。而且，目前氣體霧化法和等離子旋轉電極法制備的金屬或合金粉末，粒徑在50μm以下的成品率還較低；射頻等離子體球化法能源消耗大、生產成本高。因此，目前緊迫需求純度高、成本較低、具有特殊粒徑分布的3D打印用金屬粉末的制備方法。

針對上述領域背景，為了解決現有技術的局限，本發明提供一種適用于3D打印的高純度、具有雙峰特殊粒徑分布的球形金屬粉末的制備方法。

發明內容

本發明提供的制備方法其工藝流程和原理是：采用平均粒徑在0.5～1.5μm范圍內的金屬粉末為初始原料配制料漿；然后對金屬粉末進行團聚造粒，通過調節霧化盤的轉速控制制備的微米級金屬粉末的粒徑分布；最后對造粒后微米級金屬粉末進行熱處理，通過脫膠和致密化固結作用，獲得球形度、流動性和氧含量滿足3D打印要求的具有雙峰粒度分布的金屬粉末顆粒。本方法與現有的其他相關金屬粉末制備方法相比，對金屬粉末顆粒的球形度、粒徑分布和氧含量的可控性強，可制備獲得具有特殊粒度分布的粉末，且具有工藝簡單、成本低的優勢。

本發明提供的一種適用于3D打印的具有雙峰分布的金屬球形粉末的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將初始金屬粉末與聚乙烯醇、聚乙二醇和去離子水混合配制料漿，球磨1～2h得到穩定料漿，其中初始金屬粉末為Fe、Co、Ni、W等的一種，其平均粒徑在0.5～1.5μm范圍內，初始金屬粉末質量為料漿總質量的50～78％，聚乙烯醇為初始金屬粉末質量的0.8～2％，聚乙二醇為初始金屬粉末質量的1～2％；

(2)對步驟(1)制備的料漿進行離心噴霧干燥，通過調節霧化盤轉速，獲得粒徑在50μm以下且具有雙峰分布的球形金屬顆粒，采用分階段式噴霧干燥，第一階段對料漿總體積的50％～80％的料漿進行霧化干燥，霧化盤轉速為12000～13500rpm，第二階段對剩余料漿直接調節霧化盤轉速進行霧化干燥，第二階段霧化盤轉速為16000～18000rpm；