[发明专利]一种混合金属粉末分离方法及所用气氛炉

说明书

本发明涉及一种混合金属粉末分离提纯方法及所用气氛炉，用于3D打印后混合粉末分离提纯，分离提纯方法包括：（1）预选择球形、粒径分布范围相同、最大粒径小于2倍最小粒径的两种以上金属粉末作为3D打印材料。（2）分离提纯步骤：对3D打印后混合粉，先筛分去除粉中尺寸大于2倍最小粒径的颗粒；然后根据混合粉的成分粉末密度，计算选择合适质量百分比的纯镁、纯铋辅料，放入氩气保护的气氛炉中加热形成设定密度的镁铋合金液；将混合粉放入合金液中搅拌并静置；将浮于合金液上部及沉于合金液下部的粉末分别取出到不同容器；最后将容器放入真空蒸馏炉蒸发去除镁铋，获得经分离提纯的金属粉末。具有简单易行、成本低廉、提纯纯度高等特点。

技术领域

本发明属于金属零件3D打印技术领域，涉及一种混合金属粉末分离方法及所用气氛炉。

背景技术

3D打印（亦称增材制造）技术的研究正进行得如火如荼，直接通过3D打印获得具有梯度材料成分的金属梯度材料零件是3D打印的重要研究目标之一。

在现有金属零件的3D打印直接制造工艺中，激光选区熔化（Selective LaserMelting-SLM）及电子束选择区域熔融成形（Electron Beam Selective Melting-EBSM）技术是其中两种极具发展前景的金属零件3D打印技术，采用了金属粉末作为成型原材料，其工作原理如下：铺粉机构先将需要的金属粉末材料预置到具有精密升降功能的成型平台，然后计算机控制激光束（对SLM）或电子束（对EBSM)按零件切片图形轮廓选择性熔化预先铺设好的金属粉末，并凝固成为零件的一个实体层片，随后成型平台下降一个层厚，重复上述粉末预置、熔化选区内粉末动作，形成新的实体层片。如此逐层粉末预置，逐层熔化堆积，最终将整个零件打印出来。

成型后，针对铺粉过程末能熔化成为零件结构的金属粉末，为了节约资料，需要对粉末进行回收利用。单一纯零件的粉末回收较为容易。但在采用上述技术，以两种以上金属粉末3D打印出梯度材料零件时，打印结束后，包围在成型零件周围的及粉末回收装置中的剩余粉末是两种以上金属粉末混合在一起的混合金属粉末，如不分离提纯，必将造成重大的材料浪费！因此，采用这两种3D打印技术进行金属梯度材料零件3D打印是否具有商业价值，很大程度上看是否有合适的混合金属粉末分离及提纯方法。

对于混合金属粉末的分离一种方法是利用金属的磁性和非磁性进行分离，这种方法只能将两种磁性与非磁性的混合金属粉末分离，对于混合金属粉末都是非磁性或都是磁性的粉末无法有效分离提纯。

还有一类方法是使用离心力实现分离提纯，将混合金属粉末置于离心机内，利用材料之间的密度差，以不同的速度进行分离提纯。但因为3D打印使用的金属粉末颗粒粒度在一定的范围内（例如15-53微米），颗粒有大有小，并且直径小、重量轻，这种方法也很难做到有效分离提纯。

还有一类方法是使用筛分法分离提纯。但这种方法要求两种粉末存在明显的颗粒大小差异，这在成型层厚仅为20-100微米的金属零件3D打印技术中很难做到；并且一般的筛分设备，较难通过300目以上的细小粉末颗粒。

此外，在金属梯度材料零件3D打印过程中，由于梯度材料区域的粉末都是两种金属粉末混合成的混合粉末，因此，激光束或电子束熔化梯度材料区域时，会将选区附近的部分粉末颗粒烧结成双金属成分粉末颗粒团。此外，激光束或电子束熔化梯度材料区域时，也如一般单材料3D打印过程一样，容易因液态熔池与固态基础润湿性不良，由表面张力作用，断裂收卷成球，即产生球化颗粒，并且这些新颗粒也是由双金属材料构成的。因此，这些渗入到混合金属粉末中的双金属成分颗粒或颗粒团，进一步加大了混合金属粉末的分离提纯难度。

因此，当前如何有效地分离提纯3D打印后的混合金属粉末，是SLM技术及EBSM技术实现金属梯度材料零件3D打印迫切需要解决的重大技术难点之一。