[發明專利]一種生產3D打印用工具鋼粉末的方法

在審

• 申請號: 202010156628.6
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111299600A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 陳俊孚;吳蘇州
• 申請（專利權）人: 深圳市晶萊新材料科技有限公司
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;B22F1/00;C22C38/14;C22C38/12;C22C38/08;C22C38/04;B33Y40/00;B33Y70/00
• 代理公司: 深圳峰誠志合知識產權代理有限公司 44525
• 代理人: 李明香

本申請提供一種使用二氧化碳以及氮氣的混合氣體作為霧化氣體生產3D打印用工具鋼粉末的方法，包括原料準備、場外混氣、氣體加壓、霧化、計算機控制五部分。本發明使用二氧化碳以及氮氣的混合氣體代替氮氣作為霧化以及冷卻氣體，能夠減少粉末增氮。同時二氧化碳密度遠大于氮氣，在相同的條件下可以提高霧化氣流的出口動能，有利于金屬顆粒的霧化，霧化后的工具鋼金屬粉末，粒度小于20μm的粉末一次成品率≥50％，球形度≥95％，推動了我國3D打印工具鋼金屬粉末的發展。

技術領域

本發明屬于金屬3D打印領域，具體涉及一種使用二氧化碳與氬氣的混合氣體作為霧化氣體來生產3D打印用工具鋼金屬粉末的制備方法。

背景技術

3D打印技術在模具中的應用，尤其在模具隨形冷卻系統中的應用是目前金屬3D打印業務中應用最成熟領域之一，工具鋼粉末可以打印注塑模具的前后模芯，鑲塊，滑塊，導柱及熱流道水套等，具有降低成型周期、提高產品質量、模具溫度場更均勻等優點。

工具鋼粉末的原料屬于低碳馬氏體時效硬化型塑料模具鋼,鋼中起時效硬化作用的合金元素是鈦、鋁、鈷、鉬。雜質對馬氏體時效硬化鋼的性能影響顯著，對屈服強度較高的鋼影響效果更明顯。這就要求該類鋼要經過真空熔煉來減少雜質、偏析和鋼錠中的含氣量，以保證材料有較好的韌性和抗疲勞性能。

目前生產3D打印用工具鋼粉末多使用氮氣作為霧化氣體，但完全使用氮氣作為霧化氣體容易造成工具鋼3D打印粉末增氮，降低了打印成型件的韌性。同時氮氣的密度略小于空氣，根據出口沖擊動能與氣體的速度以及質量有關。提供的沖擊氣體出口速度與容積保持相同時，密度大的氣體具有更好的沖擊動能。二氧化碳氣體的密度遠高于氮氣，沖擊動能遠高于氮氣，沖擊效果優于氮氣；并且作為一種溫室氣體，利用二氧化碳氣體也符合國家節能減排的需要。但是由于二氧化碳氣體具有一定的弱氧化性，為防止粉末出現增氧現象，二氧化碳氣體與氮氣混合的比例與出口壓力需要進行精確控制。

發明內容

本發明所提供的是一種使用二氧化碳與氮氣的混合氣體作為霧化與冷卻氣體生產3D打印用工具鋼粉末的方法，解決了目前3D 打印用工具鋼粉末生產使用氮氣增氮的問題，同時也能利用二氧化碳氣體，起到節能減排的作用。

一種使用二氧化碳氣體與氮氣的混合氣體作為霧化氣體生產工具鋼3D打印粉末的方法，包括以下步驟：

該種生產工具鋼粉末的方法包括原料準備、場外混氣、氣體加壓、霧化，計算機控制系統五部分，

原料準備包括，選用方坯連鑄機生產的工具鋼棒作為原料，要求原料含氮量≤70ppm，含碳量質量分數為0.02％～0.03％，；工具鋼棒使用打磨的方法去掉表面氧化物銹層，并切割成30～50cm的小段；

場外混氣包括，將100L混氣罐抽真空至70～100pa間，然后將氮氣由混氣罐下方通入混氣罐中，再切換閥門將外購的液態二氧化碳氣體由混氣罐上方通入，二氧化碳氣體填充比例≤25％(體積分數)。氮氣與二氧化碳氣體混合完成后，在混氣罐中靜置3～5分鐘，確保氣體混合均勻；

氣體加壓包括，混合氣體在混氣罐通過管道進入氣體增壓泵，增壓泵將混合氣體壓力增加到2.5～5MPa。

霧化與冷卻過程包括，加壓氣體通過噴頭噴出，擊碎金屬液滴，獲得金屬粉末，并充滿霧化塔，作為冷卻與保護氣體。

計算機控制系統包括，在計算機上增加氮氣與二氧化碳氣體的混氣系統，方便自動化操作以及監控氣體流量。

附圖說明

圖1是表示本申請工作時的二氧化碳氣體與氮氣的混氣裝置；

圖2是控制面板上增加的氮氣與二氧化碳氣體的混氣系統控制圖；

圖3是實施例1生產粉末微觀結構圖；

圖4是實施例2生產粉末微觀結構圖；