[發明專利]一種用于鋁硅合金3D打印的粉體材料與制備方法

在審

• 申請號: 201810323621.1
• 申請日: 2018-04-12
• 公開（公告）號: CN108356261A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 袁志剛
• 申請（專利權）人: 泰州潤杰物流安全裝備科技有限公司
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B33Y70/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種用于鋁硅合金3D打印用的粉體材料及其制備方法，是通過將八甲基環四硅氧烷溶于丙酮，再將鋁粉加入八甲基環四硅氧烷?丙酮溶液中充分攪拌均勻，再把混合物進行加溫使丙酮完全揮發，形成球形金屬鋁粉外包裹八甲基環四硅氧烷有機硅薄膜的材料，用于金屬3D打印可以形成鋁硅合金物件，調整八甲基環四硅氧烷和鋁粉的重量比例可以調整鋁硅合金中的含硅量。

技術領域

本發明為一種用于鋁硅合金3D打印用的粉體材料及其制備方法，是球形金屬鋁粉外包裹八甲基環四硅氧烷有機硅薄膜，屬于3D打印材料技術領域。

背景技術

現有配料法進行3D打印鋁硅合金的粉體材料是在一定數量的球形金屬鋁粉中，是按照鋁硅量的比例計算出需要加入的硅粉或者鋁硅中間合金粉量，按重量比例稱量原料，經過機械攪拌充分混合后，成為進行3D打印鋁硅合金物件的粉體材料。目前的3D打印技術有直接金屬激光燒結(DMLS)技術、電子束熔化成型(EBM)技術、選擇性激光熔化成型(SLM)技術、選擇性熱燒結(SHS)技術和選擇性激光燒結(SLS)技術，其原理均是用點能量對局部金屬粉體逐步熔化、燒結形成新的金屬材料和形狀，燒結特征是點燒結、能量密度較小、燒結時間短。鋁粉和硅粉或者鋁硅中間合金粉混合配置成的3D打印粉體材料，鋁硅合金中硅粉的添加比例較小，機械攪拌不能保證硅粉或者鋁硅中間合金粉與鋁粉分布均勻，燒結成物件會造成材質不均勻；各個粉體顆粒之間是點接觸，鋁粉和硅粉或者鋁硅中間合金粉之間還存有極微量間隙和空氣，雖然鋁粉在燒結瞬間熔化和硅粉結合，但是鋁硅沒有完全的形成晶體結合，產生的金屬物件只能達到鋁硅合金的元素比例，在晶體結構上不能保證形成鋁硅合金，如果為了實現完全結晶需要再進行熱處理，而再次熱處理過程會造成3D打印物件的形狀變化；鋁粉鋁硅中間合金粉在熔化、燒結時易于氧化，造成3D打印成的鋁硅合金物件中存在氧化鋁，影響鋁硅合金的晶體形成和物理性質。

發明內容

本發明是一種用于鋁硅合金3D打印的材料，結構是在球形金屬鋁粉外包裹八甲基環四硅氧烷薄膜。制備方法是：按照需要配置的鋁硅合金中鋁和硅的重量比例，換算出鋁粉和八甲基環四硅氧烷的重量比，按重量計算稱量出鋁粉、八甲基環四硅氧烷。用無水丙酮為溶劑，按照鋁粉體積的1/4量出丙酮容積。將八甲基環四硅氧烷溶于丙酮，攪拌均勻配置成八甲基環四硅氧烷-丙酮的溶液，再在溫度＜10℃條件下將符合鋁比例重量的球形金屬鋁粉放入八甲基環四硅氧烷——丙酮溶液中充分攪拌均勻，然后在溫度80-90℃區域水浴加熱并同時攪拌，使丙酮揮發并帶走被鋁粉表面吸附的微量氣體，八甲基環四硅氧烷析出成為薄膜包裹在球形鋁粉表面，制成用于鋁硅合金3D打印的鋁粉包裹行機硅膜的材料。調整加入的八甲基四環硅氧烷的數量，可以調整鋁硅合金中的含硅量比例。配置的材料在3D打印過程受激光加熱燒結時，因硅元素與鋁粉是包裹性的面接觸且在粉體中均勻分布，易于形成材質均勻的鋁硅合金；丙酮殘留在鋁粉表面的碳氫和有機硅薄膜中的碳氫可以發生燃燒增加燒結的能量和提高溫度，促使鋁硅完成結晶；燒結、燃燒過程因有硅薄膜在鋁粉表層避免了鋁和空氣的接觸，不造成鋁的氧化，在鋁硅合金中沒有氧化鋁存在。

本發明內容包括以下步驟：

1、原材料中，球形鋁粉粒度在16μm＜D₉₈＜20μm，9μm＜D₅₀＜12μm，2μm＜D₁₀＜4μm的范圍內，振實密度＞2.62g/cm³，單質金屬鋁含量在99.75％以上；八甲基環四硅氧烷中硅元素含量為37.8％；丙酮為無水丙酮。

2、按照需要配置的鋁硅合金中鋁和硅的重量比例，換算出鋁粉和八甲基環四硅氧烷的重量比，按重量計算稱量出鋁粉、八甲基環四硅氧烷；按照鋁粉體積的1/4量出丙酮容積。

3、在溫度＜10℃條件下將稱量好的八甲基環四硅氧烷放入丙酮內攪拌均勻混合，形成八甲基環四硅氧烷——丙酮溶液。

4、在溫度＜10℃條件下將稱量好的鋁粉放入八甲基環四硅氧烷——丙酮溶液攪拌均勻。