[發(fā)明專(zhuān)利]一種鎂合金材料3D打印兩步燒結(jié)的工藝方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110178237.9
• 申請(qǐng)日: 2021-02-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112974837B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王敬豐;蘇辰;李軍超;李竑蕓;劉世杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B22F10/14
• 分類(lèi)號(hào): B22F10/14;B22F10/28;B22F1/102;B33Y10/00
• 代理公司: 重慶博凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 劉楨

本發(fā)明公開(kāi)了一種鎂合金材料3D打印兩步燒結(jié)的工藝方法，包括以下步驟：（1）坯體制造：將所需要打印的制品形狀導(dǎo)入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，鎂合金粉末和膠水在3D打印機(jī)中通過(guò)間歇噴涂成型的方式打印得到所需要形狀的坯體；（2）坯體燒結(jié)：將步驟（1）得到的坯體干燥后，在保護(hù)氣氛圍或真空中脫脂燒結(jié)后，再升溫至600℃~800℃高溫?zé)Y(jié)，最后經(jīng)過(guò)500℃~700℃低溫?zé)Y(jié)后的坯體冷卻降至室溫。本發(fā)明采用兩次燒結(jié)的方式對(duì)坯體進(jìn)行燒結(jié)，保證鎂合金制品強(qiáng)度的同時(shí)，整個(gè)燒結(jié)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生溶脹的不良現(xiàn)象，保證坯體仍然維持原有形狀，再通過(guò)中低溫進(jìn)行燒結(jié)，加強(qiáng)原子擴(kuò)撒，進(jìn)一步擴(kuò)大燒結(jié)頸，提升鎂合金制品的強(qiáng)度，改善其力學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鎂合金3D打印技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鎂合金材料3D打印兩步燒結(jié)的工藝方法。

背景技術(shù)

隨著裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，高端裝備使用的鎂合金件外形越來(lái)越復(fù)雜，傳統(tǒng)的鎂合金成形技術(shù)難以適應(yīng)復(fù)雜件的制造要求。三維快速成形打印簡(jiǎn)稱(chēng)3D打印，又稱(chēng)增材制造，因其不受成形件外形的約束，該技術(shù)也為鎂合金復(fù)雜件的成形制造提供了新的技術(shù)解決途徑，如果結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鎂合金構(gòu)件可以通過(guò)3D打印技術(shù)獲得，將極大拓寬鎂合金的應(yīng)用范圍和發(fā)展空間。

但鎂合金化學(xué)性質(zhì)活潑，容易在鎂合金粉末表面形成一層氧化鎂，從而大大降低了粉體的表面能，難以燒結(jié)成形。目前，針對(duì)不同材料，可以選用不同的3D打印來(lái)實(shí)現(xiàn)。金屬加工普遍采用的是選擇性激光燒結(jié)(SLS)和選擇性激光熔融(SLM)，前者是先將粉末預(yù)熱到稍低于其熔點(diǎn)的溫度，然后在刮平棍子的作用下將粉末鋪平，激光束在計(jì)算機(jī)控制下根據(jù)分層截面信息進(jìn)行有選擇地?zé)Y(jié)，一層完成后再進(jìn)行下一層燒結(jié)，全部燒結(jié)完后去掉多余的粉末，就得到燒結(jié)好的零件；后者是選用激光作為能量源，按照三維CAD切片模型中規(guī)劃好的路徑在金屬粉末床層進(jìn)行逐層掃描，掃描過(guò)的金屬粉末通過(guò)熔化、凝固從而達(dá)到冶金結(jié)合的效果，最終獲得模型所設(shè)計(jì)的金屬零件。而這兩種3D打印技術(shù)都不適用于鎂合金，因?yàn)殒V粉極為活潑，如果采用上述方法在打印過(guò)程中很容易出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象，無(wú)法打印成型。現(xiàn)有技術(shù)在鎂合金制品與3D打印技術(shù)的結(jié)合上進(jìn)行了改進(jìn)，將鎂粉與膠水混合后形成可以流動(dòng)的漿料，然后將混合好的漿料打印出坯料，再進(jìn)行燒結(jié)得到鎂合金構(gòu)件。這種工藝雖然可以避免鎂合金的燃燒問(wèn)題，但成品的強(qiáng)度通常很差，大多不超過(guò)100MPa。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鎂合金材料3D打印兩步燒結(jié)的工藝方法，以解決現(xiàn)有鎂合金燒結(jié)過(guò)程中樣品形貌與樣品強(qiáng)度無(wú)法兼顧的問(wèn)題。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種鎂合金材料3D打印兩步燒結(jié)的工藝方法，包括以下步驟：

(1)坯體制造：將所需要打印的制品形狀導(dǎo)入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，鎂合金粉末和膠水在3D打印機(jī)中通過(guò)交替噴涂成型的方式打印得到所需要形狀的坯體；

(2)坯體燒結(jié)：將步驟(1)得到的坯體干燥后，在保護(hù)氣氛圍或真空中脫脂燒結(jié)后，再升溫至600℃～800℃高溫?zé)Y(jié)，最后經(jīng)過(guò)500℃～700℃低溫?zé)Y(jié)后的坯體冷卻降至室溫。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中，將鎂合金粉末裝入3D打印機(jī)中的金屬料筒中，將膠水裝入3D打印機(jī)中的膠水料筒中，所述間歇交替包括如下步驟：先噴涂一層鎂合金粉末，然后在該層鎂合金粉末上噴涂一層膠水，交替噴涂鎂合金粉末和膠水，最終得到坯體。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中，將得到的坯體在50℃～100℃的條件下干燥7h～15h。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中，干燥后的坯體在保護(hù)氣氛圍或真空中進(jìn)行350℃～500℃脫脂燒結(jié)5h～10h。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中，脫脂燒結(jié)后的坯體在保護(hù)氣氛或真空環(huán)境中快速升溫至650℃～800℃，進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)10min～60min。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中，高溫?zé)Y(jié)后的坯體降溫至500℃～650℃進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)3h～50h。