[發明專利]一種用于SLM成形的復合金屬發泡粉體材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010178161.5
• 申請日: 2020-03-14
• 公開（公告）號: CN111230120B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 白培康;霍鵬丞;趙占勇;張震;王宇;李玉新;李曉峰;李忠華;劉斌;王建宏
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: B22F3/11
• 分類號: B22F3/11;B22F1/145;B22F10/28;B22F5/10;B22F9/04;B22F1/10;C22C1/08;C22C21/02;C22C14/00;B33Y10/00;B33Y70/10
• 代理公司: 太原華弈知識產權代理事務所 14108
• 代理人: 李毅

本發明公開了一種用于SLM成形的復合金屬發泡粉體材料及其制備方法，是以各種可用于SLM成形制備多孔金屬材料的金屬粉末為基體材料，加入占金屬粉末質量3～10%的磺酰肼類發泡劑和2～5%的混合無機鹽發泡劑得到復合金屬粉末，再將所述復合金屬粉末以含有甲縮醛、正戊烷和異丁烷的可揮發性有機發泡劑溶液充分浸漬，干燥得到復合金屬發泡粉體材料。本發明復合金屬發泡粉體材料容易在高溫下產生致密而均勻的氣體，以其利用SLM成形技術可以制備出孔隙率大、孔隙分布均勻的多孔金屬材料。

技術領域

本發明屬于輕質材料制備技術領域，涉及一種金屬發泡粉體材料，以及該金屬發泡粉體材料的制備方法。本發明的金屬發泡粉體材料用于利用選區激光熔化成形技術制備多孔金屬材料。

背景技術

多孔金屬材料由于其獨特的結構，擁有質量輕、比強度高、吸能減震、吸聲降噪、吸熱隔熱等優良特性，在汽車、航空、建筑等行業有著廣泛的應用前景。

多孔金屬材料主要包括無序的泡沫結構和有序的三維點陣結構。對于無序的泡沫結構，一般采用傳統的發泡法進行加工。由于不能對發泡劑或充入的氣體進行精確控制，導致該方法制備的多孔金屬材料中氣孔形狀、大小、尺寸以及連通性均為隨機分布，且局部結構不可控。由重復周期單元構成的三維點陣結構一般通過沖壓成形法或熔模鑄造法制備，沖壓成形容易造成多孔金屬的斷裂、起皺，而熔模鑄造法工序繁瑣、費用較高，這都限制了多孔金屬材料的種類和發展，不利于多孔金屬材料的研究和應用。

因此，新的多孔金屬材料加工工藝，以及針對多孔金屬材料制備用粉末材料的摻雜及改性，就成為了目前研究的重點。

碳酸鹽、碳酸氫鹽、硫酸鹽粉末都屬于高溫下容易分解的物質，而且在高溫下可以以液態的形式共熔到金屬粉末中。而有機溶劑在常溫常壓下呈液態，具有較大的揮發性，在溶解過程中，溶質與溶劑的性質均無改變。因此，基于這兩種物質的特有屬性，在制備多孔金屬材料的原材料粉末改性方面引起了人們的廣泛關注，可以使得制備多孔金屬的原材料發泡量更多、發泡范圍更廣、發泡度更均勻。

選區激光熔化(SLM)成形是增材制造技術中應用較廣，也是應用效果較好的金屬直接成形工藝方法。其工作原理是在激光束的高能量作用下，將鋪展在加工平臺上的金屬粉末完全熔化，經冷卻凝固成形為二維模型，再通過不斷移動加工平臺并重復該加工過程，疊加制備出所需要的零件。

SLM成形特有的快速冷卻凝固加工特點，使得其可以獲得非平衡態過飽和固溶體及均勻細小的金相組織，成形零件致密度高，綜合性能不亞于傳統的沖壓成形和熔模鑄造等加工工藝，從而不必對成形件進行熱等靜壓、滲透、燒結等后處理。此外，區別于傳統的機械切削加工，SLM成形根本用不到任何刀具、模具，而是通過激光逐層掃描金屬粉末即可成形設計零件。因此，采用SLM成形技術對改性復合金屬粉末進行成形，可以在優化加工工藝條件的同時，使復雜結構的多孔金屬材料構件的機械性能得到加強。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于SLM成形的復合金屬發泡粉體材料，該復合金屬發泡粉體材料容易在高溫下產生致密而均勻的氣體，以其利用SLM成形技術可以制備出孔隙率大、孔隙均勻的多孔金屬材料。

提供一種所述用于SLM成形的復合金屬發泡粉體材料的制備方法，是本發明的另一發明目的。

本發明所述的用于SLM成形的復合金屬發泡粉體材料是以金屬粉末為基體材料，加入占所述金屬粉末質量3～10%的磺酰肼類發泡劑和2～5%的混合無機鹽發泡劑得到復合金屬粉末，再將所述復合金屬粉末以可揮發性有機發泡劑溶液充分浸漬后，干燥得到的粉體材料。

其中，作為本發明基體材料的金屬粉末，是各種可以進行SLM成形制備多孔金屬材料，包括多孔鋁合金、多孔鈦合金、多孔鎳合金或多孔不銹鋼的金屬粉末。

更具體地，所述金屬粉末包括但不限于AlSi10Mg合金粉、Ti6Al4V合金粉、304L不銹鋼粉、316L不銹鋼粉、IN718合金粉、IN625合金粉等。