[发明专利]一种用于直接3D打印金属零件的合金粉及其制备方法

说明书

技术领域

 本发明属于3D打印制造材料领域，具体涉及一种合金粉，该合金粉可直接利用3D打印制造出高强度高密实度的金属零件，进一步涉及该合金粉的制备方法。

背景技术

3D打印技术是一种通过逐层增加堆积材料来生成三维实体的快速增材制造技术，不但克服了传统减材制造造成的损耗，而且使产品制造更智能化，更精准，更高效。尤其是涉及到复杂形状的高端制造，3D打印技术显示出巨大的优越性。3D打印技术是一项具有工业革命意义的高新制造技术，代表了世界制造业发展的新趋势，近年来3D打印应用不断拓展，主要有树脂、石蜡为原料进行快速成型。而3D打印的最终发展是在高端工业领域应用，树脂塑料还无法满足高端工业3D打印的需要，因此3D打印材料逐步从树脂塑料向金属材料发展。

金属粉末用于3D 打印，对金属粉末要求较高，通常金属粉末必须满足粉末粒径细小、粒度分布较窄、球形度高、流动性好、松装密度高的特性。而这些性能难以同时满足，因此3D打印金属粉末难以满足高精打印的需求。导致通过选择性激光烧结进行3D打印金属粉末制造的金属零件普遍存在强度不高、精度较低及表面质量较差等问题。如材料的物理与化学性质、激光参数和烧结工艺参数等影响着烧结过程、成型精度和质量。零件在成型过程中，由于各种材料因素、工艺因素等的影响，会使烧结件产生各种冶金缺陷如裂纹、变形、气孔、组织不均匀等。

金属材料的3D打印制造技术之所以难度大，是因为金属的熔点比较高，涉及到了金属的固液相变、表面扩散以及热传导等多种物理过程。熔化和冷却过程生成的晶体组织是否良好、整个试件是否均匀、内部杂质和孔隙的大小都会引起金属零件的应力变化。因此，目前采用3D打印进行金属粉末制造金属制品大都采用间接制备方法将金属粉预粘接后再进行烧结。如：

中国发明专利申请号200510020015.5公开了一种激光烧结快速成形材料的制备方法，该方法将粘结剂酚醛树脂与金属或合金粉末与粉碎混合，通过粘结剂实现金属零件的选择性激光烧结快速制造。这种间接成型方法由于烧结会形成大量空洞，需要后期浸料处理，来提升强度。

中国发明专利申请号201310605634.5 公开了一种低功率激光烧结法金属3D打印产品生产方法，采用金属粉末材料加热塑性成型粘接剂的方法，制备出低融点的3D金属打印原材料混合料，由于金属粉末颗粒表面形成薄层热塑性粘结剂，通过低功率选择性激光烧结或电子束烧结法3D打印机，金属粉末材料经过表层热塑性粘结剂低温融化—冷却粘结固化过程，层层堆积成型。该金属零部件为间接粘接形成的生坯，需要后续处理。而且由于引入的粘接剂对金属制品而言是一种杂质，会对制品的力学性能产生不利的影响。

中国发明专利申请号201410028642.2公开了一种3D打印机用的金属粉末。通过将金属粉末的粒径降至亚微米级，使熔点低和熔融速度快，可以提高金属3D打印机的打印速度以及打印构件的精度。该亚微米级金属粉通过降低粒径来降低熔融温度，但由于是通过粘接形成的亚微米金属粉，因此，用于直接打印时由于缺少支撑，熔化和冷却过程容易造成金属制品变形。

根据上述，3D打印金属粉末通过间接粘接的方法制造金属制品的致密性较低，需要后续对形成的多孔进行浸料、填充处理，导致金属制品强度受损。通过3D打印激光熔化技术直接成型时，可以直接制成终端金属产品，得到冶金结构的金属实体，但由于受金属粉末熔化温度、粒径分布、冷却结晶的影响，因此，金属粉末直接通过3D打印制造金属制品时难以得到高精密度、高密实度、高强度的金属制品。

发明内容

针对目前金属粉末难以直接通过3D打印制造高精密度、高密实、高强度金属零件的缺陷，本发明提出一种用于直接3D打印金属零件的合金粉。该合金粉是由纳米铝通过一层薄锡粉粘接在铁的氧化物表面形成的铁基合金微球，微球的粒径在2-10微米，球度大于95%。可直接用于3D打印金属零件。用于直接3D打印金属零件时，通过铝对铁氧化物的逐步还原,克服了金属直接熔化成型造成的结构变形,而且冷却结晶均匀, 形成的氧化铝提高了成型件的强度，制品件孔隙率降低，具有良好的密实度，可用于高精度、复杂形状的金属零件的直接打印。

一种用于直接3D打印金属零件的合金粉，是通过如下技术方案实现的：

一种用于直接3D打印金属零件的合金粉，其特征是：由纳米铝通过一层薄锡粉粘接在铁的氧化物表面形成的铁基合金微球，微球的粒径在2-10微米，球度大于95%，合金中氧化铁的重量份为60-70份，纳米铝的重量份为30-40份，锡粉的重量份为0.1-0.5份。