[发明专利]一种电子束3D打印用金属复合材料

说明书

本发明属于3D打印材料技术领域，特别涉及一种电子束3D打印用金属复合材料，包括金属粉末和导电材料，导电材料包括石墨烯和碳纤维，按原子百分比计，金属粉末包括：C、Mn、P、S、Cu、Ni、Cr、Mo、Al、Cu、Eu、Ce和Fe；导电材料占复合材料的质量比为1％～10％；导电材料与金属粉末通过球磨方法均匀混合。本发明通过加入导电材料(石墨烯和碳纤维的混合物)，其中，石墨烯具有良好的导电性，在加热状态下还具有一定的粘接性，碳纤维与石墨烯联合能够形成线、面的导电，因此将其与金属粉末混合，不仅可以提高金属粉末的导电性，使金属粉末表面所带的负电荷迅速转移，而且还能够提高粉末颗粒间的粘接度，从而可以解决吹粉问题。

技术领域

本发明属于3D打印材料技术领域，特别涉及一种电子束3D打印用金属复合材料。

背景技术

上世纪80年代，3D打印技术诞生，与传统的“去除”的加工方法不停，3D打印是一种自下而上的制造方式，也被称作增材制造技术，即通过层层堆积的方式实现数字模型到实物的构建。由于其简便、快捷优势，自诞生以来，3D打印技术便受到了极大的关注并因此得到了快速发展。近几十年来，3D打印技术在工业设计、建筑、汽车、航空航天、牙科、教育等领域都有所应用，但其应用和发展仍然受到诸多因素的限制。除了仪器设备及打印过程参数之外，原材料也是影响3D打印产品质量的关键因素，它将直接影响最终产品的表面质量、耐热性、韧性等。因此，开发具有优越的综合性能的复合材料来克服单一材料的缺陷和应用局限性是这一领域的研究热点。

电子束3D打印是指粉末或者丝材在电子束的作用下形成熔池，随着电子束束斑的移动实现烧结(或熔化)。电子束3D打印技术相比于激光作为热源的选区融化技术，有诸多不可比拟的优势，例如，电子束连续工作时功率密度比激光要高得多，并且在焊接过程中，电子束最大功率要比激光高好多倍，而且电子束扫描加工速度比激光加工速度快100-1000以上，能够直接生产模具和零件。由于电子束的工作环境为真空，其生产出的模具和零件气孔和氧化层几乎没有，因此他们的机械性能、强度都比激光选区熔化出来的要好些。而且其材料应用范围广，聚焦集中，功率更大，高真空保护，扫描速度快，电磁偏转控制更方便，能量利用率更高。

电子束3D打印技术是将电子束焊接的优点和快速制造技术的优点结合起来的产物。但是，电子束3D打印过程中会出现一种特殊的现象——吹粉，是指金属粉末颗粒在熔化之前已经偏离了原先铺粉位置的现象，进而无法进行电子束粉末熔化成形。局部吹粉问题会使基板工作区域粉末稀少；而严重时，基板工作区域的粉末会全面溃散，从而形成类似“沙尘暴”现象。

有鉴于此，本发明旨在提供一种3D打印用金属复合材料，其通过加入石墨烯，并添加稀土元素(Ce和Eu)，能够很好的解决吹粉问题，使得电子束3D打印能够正常进行。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种3D打印用金属复合材料，其通过加入石墨烯，并添加稀土元素(Ce和Eu)，能够很好的解决吹粉问题，使得电子束3D打印能够正常进行。

为了实现上述目的，本发明所采用如下技术方案：

一种电子束3D打印用金属复合材料，包括金属粉末和导电材料，所述导电材料包括石墨烯和碳纤维，按原子百分比计，所述金属粉末包括：

C 0.01％～0.1％；

Mn 0.1％～2.0％；

P 0.02％～0.08％；

S 0.005％～0.03％；

Cu 0.01％～0.05％；

Ni 8.0％～11.0％；

Cr 15％～20％；

Mo 0.01％～0.05％；

Al 0.005％～0.05％；