[发明专利]一种3D打印用金属基复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种3D打印用金属基复合材料及其制备方法，3D打印用金属基复合材料，包括如下组分：铁粉30‑80重量份；辅助粉10‑30重量份；单晶蓝宝石晶须1~30重量份；润滑剂5~15重量份；所述辅助粉为Cr、Ni、Cu、Mn、Si、Mo、Nb和C粉末的混合物。本发明的一种3D打印用金属基复合材料具有高强度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等多种性能，适用于功能性原型件和系列零件（涡轮发动机燃烧室，薄壁、复杂零部件），被广泛应用于工业和航空航天领域。

技术领域

本发明属于3D打印材料领域，具体涉及一种3D打印用金属基复合材料及其制备方法。

背景技术

不锈钢材料，高强度和韧性，适用于功能性原型件和系列零件，被广泛应用于工业和航空航天领域。

单晶蓝宝石晶须(Single crystal sapphire Whisker，亦称单晶蓝宝石纤维)是一种具有一定长径比的单晶氧化铝晶须，具有超强机械强度、抗热冲击、比重小、抗氧化、高耐磨量和高耐腐蚀性等优异的物理性能。单晶蓝宝石晶须适合作为陶瓷、金属、塑料及橡胶的增强组元。因此，单晶蓝宝石晶须成为第三代先进复合材料的最佳选择。

3D打印技术的原理是叠层制造，逐层增加材料来生成三维实体的技术，所以又被称为增材制造技术。不但克服了传统减材制造的浪费和损耗，而且使产品制造精准化，高效化，智能化。特别是涉及到复杂形状的高端产品，3D打印技术显示出巨大的优越性。被誉为颠覆传统制造业的第三次工业革命，被列入我国战略性新兴产业。但是由于3D打印技术是对传统制造模式的颠覆， 3D打印材料成为3D打印技术的瓶颈，限制了3D打印技术的发展，同时这也成为3D打印技术的创新点和难点。

目前，常用的3D打印材料多是塑料材料，利用塑料材料可熔性和热塑性的特征，在熔融状态下，通过挤出，凝固并层层叠加，最终形成产品。塑料材料因其具有良好的热流动性、快速冷却粘结性和较高的机械强度，在3D打印领域得到快速发展和广泛的应用。但是3D打印技术最终会向高端工业领域应用上发展，而树脂塑料材料无法满足高端工业的需求，因此，3D打印材料逐步从高分子材料向金属基材料发展。

3D打印主流成型技术包括选择性激光烧结（SLS）、熔融沉淀成型（FDM）、立体光固化（SLA）等。金属粉末作为3D打印原料，主要采用选择性激光烧结。选择性激光烧结技术是用高能量束（激光、电子束）作为热源，对粉末进行选区熔化，冷却后连续堆积，最终形成产品，由于金属通常熔点较高，又容易被氧化，这样会影响产品的强度。熔融的金属材料在凝固过程中体积收缩，会造成巨大的热应力，这也会影响材料的强度。另一方面，由于金属粉末粒径分布不均，冷却结晶过程复杂且难以控制，会出现晶体长大和枝晶等，必将降低材料的力学性能，导致产品无法获得高端应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D打印用金属基复合材料及其制备方法，在不锈钢中加入单晶蓝宝石晶须后，可以显著提高制品在高温下的弯曲弹性模量、抗拉强度，具有高强度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等多种性能，用于制备高强、高韧精细工程构件，例如涡轮发动机燃烧室，薄壁、复杂零部件。

为实现以上目的，本发明的技术方案为：

一种3D打印用金属基复合材料，包括按重量计的如下组分：

铁粉 35-74%

辅助粉 20%

单晶蓝宝石晶须 1~30%

润滑剂 5~15%；