[发明专利]碳黑增强的高吸光性金属基微纳粉及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属基微纳粉及其制备方法，尤其是一种激光再制造用金属基微纳粉及其制备方法，具体地说是一种碳黑增强的高吸光性金属基微纳粉及其制备方法。

背景技术

2010年5月13日，国家发改委、科技部、工信部等11部委联合发文部署推进再制造产业的发展，将发展再制造工程提升为实现我国可持续发展战略的一项基本国策。作为在我国率先倡导、积极推动再制造工程的中国工程院院士徐滨士教授在其《再制造工程基础及其应用》一书中明确指出：再制造工程发展的核心在于再制造关键技术的发展，而再制造关键技术发展的重心则在于面向高成品附加值对象的再制造关键技术理论和方法的突破。以“严（性能严）、精（精度高）、薄（结构薄）”为特征的薄壁件，就是一类具有极高成品附加值的再制造对象。

相对于其他再制造技术而言，激光再制造技术具有众多优点如再制造界面为冶金结合、组织细小、成分可控、热影响较小等，再加上激光加工的高柔性、高效率、低污染及易于实现计算机控制等光加工特点，使之成为一项备受关注的薄壁件再制造关键技术之一。然而，现有激光再制造用粉多采用微米金属粉，熔烧微米金属粉需要较大的激光能量，造成对基体尤其是再制造对象为薄壁件时的热输入偏大，进而导致薄壁件变形较大、再制造区组织恶化、性能下降等，甚至失去再制造的价值。可见，提高激光再制造用粉对激光的吸收率，是实现解决上述问题的一个重要途径。

近年来，一种构建介观（微纳米级）新物质的技术---微纳米颗粒复合技术，引起了国内外专家学者的重视。微纳米颗粒复合技术，是将纳米颗粒包覆于微米颗粒表面或使其弥散分布在微米颗粒中制备具有微纳协同多功能效应微纳复合粉体的技术。从2006年开始，以王宏宇等为代表的国内外专家学者将微纳粉引入激光再制造技术领域。比如，2007年，王宏宇等公开了一种纳米陶瓷/微米金属复合粉体的机械制备方法(ZL 200710024996.X)，其核心思想是“以纳米悬浮液作为球磨介质引入纳米粉体，基于湿法球磨制备微纳复合粉体”，较好地解决了纳米粉体易团聚造成微纳复合粉体中纳米颗粒的分散性差、进而引起微纳复合粉体实际使用效果不好的问题；2012年，王宏宇等又进一步提出通过“微米原粉球形化预处理+球磨复合过程中附加搅拌”的工艺措施，进一步改善了微纳粉的复合效果及输送性能（申请号：201210 227702.4）。然而，王宏宇等的研究其目的在于通过引入纳米粉体的纳米效应来改善材料表面激光熔覆改性层的组织和服役性能如高温防护性能等，并未充分考虑提高其对激光的吸收率进而降低激光成形过程中对基体的热输入这一问题。尽管纳米效应中的表面效应会一定程度地提高粉体对激光的吸收率，但距离薄壁件再制造的要求尚存在不小的差距。

因此，到目前为止，尚未有一种激光再制造薄壁件用高吸光性粉体材料可供使用，极大地限制了激光再制造技术在再制造高成品附加值薄壁件方面的应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有激光再制造用粉对激光的吸收率不高、进而导致激光再制造技术在薄壁件再制造过程中存在诸多局限性的问题，将具有优异光谱吸收性能的纳米碳黑粉引入微米金属粉中，发明一种碳黑增强的高吸光性金属基微纳粉及其制备方法，通过充分发挥黑色物质的强吸光性和纳米材料的表面效应，实现提高激光再制造用粉体的激光吸收率，进而突破现有激光再制造技术在薄壁件再制造中所存在的诸多局限性。

本发明的技术方案之一是：

一种碳黑增强的高吸光性金属基微纳粉，其特征是：它由质量百分比为0.5~1.5%纳米碳黑粉和98.5~99.5%微米金属粉组成，两种组分之和为100%；纳米碳黑粉以镶嵌、粘附或化学键结合中的一种或几种包覆于微米金属粉表面，形成一种以微米金属粉为核、纳米碳黑粉为壳的核壳结构微纳粉。

所述纳米碳黑粉的平均粒径为14~28nm，所述的微米金属粉平均粒径为50~75μm。

所述纳米碳黑粉按照ASTMD-3849或GB/T 7046-2003标准检测的着色强度不低于100%。

所述的微米金属粉为与激光融覆用微米金属粉中的铝基、镍基、铁基或钛基金属粉。

本发明的技术方案之二是：

一种碳黑增强的高吸光性金属基微纳粉的制备方法，其特征是它主要包括如下步骤：

首先，将市购纳米碳黑粉分散在乙醇或乙醇与水的混合介质中，制成分散稳定的纳米碳黑悬浮液；

其次，将市购微米金属原粉进行球形化预处理，获得预处理后的微米金属粉；