[发明专利]一种基于3D打印技术的锡基巴氏合金涂层材料的制备工艺

说明书

本发明提供一种基于3D打印技术的锡基巴氏合金涂层材料的制备工艺，包括以下步骤：将锑和铜加入到真空熔炼室中完全熔解后，降温加入锡继续搅拌均匀后，再加入铋、铅和镉，高速搅拌，固化，得到ZSnSb11Cu6锡基巴氏合金锭；将锡基巴氏合金锭从导流嘴向下流出，通过限制式喷嘴和紧耦合喷嘴构成的二次层流喷射系统，再利用喷嘴喷出的高压气流将金属液体雾化破碎成液滴，液滴在自由落体和离心作用下分离冷却凝固，得到锡基巴氏合金粉末；将热处理的基材用粗砂纸打磨后，在激光熔覆的同时输送锡基巴氏合金粉末，经多层多道道激光熔覆在钢基材的表面，最后经表面及边缘铣削加工，形成基于3D打印技术的锡基巴氏合金涂层材料。

技术领域

本发明属于巴氏合金涂层技术领域，具体涉及一种基于3D打印技术的锡基巴氏合金涂层材料的制备工艺。

背景技术

巴氏合金具有良好的顺应性、抗疲劳性和镶嵌性，粉末或者丝材等形态的巴氏合金以喷涂或者浇筑的方式来制备和修复轴瓦材料，是一种优良的轴瓦材料，但是由于巴氏合金的熔点低，在制备和使用过程温度过高会导致巴氏合金软化，影响巴氏合金的形态，继而影响材料的使用寿命。

金属3D打印技术是以金属粉末为原料，按照设计的三维模型，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末等特殊材料进行逐层堆积黏结，在3D打印设备上加工制造出实体产品。金属3D打印技术与传统的制备技术相比，几乎不会造成金属材料的浪费，缩短了产品研发生产周期，且无需组装，降低了设备的问题，满足个性化定制的需求。

金属3D打印技术对金属粉末的要求较高，不仅要求金属粉末的纯净度高、氧含量低、球形度好、粉末粒径细小且分布窄，具有良好的可塑性和流动性和循环利用性。目前常用的金属3D打印粉末的主要金属元素有铁、钛、镍、铝、铜、钴、铬、银和金等。中国专利CN106191517B公开的一种用于生产双金属轴瓦材料的铜锡镍铋合金粉末的制备方法，将83-89wt％铜、7-9wt％锡、1-2wt％镍、3-7wt％铋作为原料，将铜在大气氛围中加热融化后，加入锡、镍和铋熔炼形成合金液，液面除渣后，升温加入玻璃和木炭，再次除渣，采用限制式环缝喷嘴在空气氛围下以0.7-1MPa的气压下雾化，高压气流集萃得到铜锡镍铋合金粉末。该方法制备的铜锡镍铋合金粉末利用镍增强力学性能，铋提高合金粉末的嵌入性和疲劳性能，铜锡镍铋合金粉末的粒径属于中细分，小于100μm的细颗粒占总量的99％以上，且球形较为规则，表面结构光滑，通过涂/熔工艺在钢板基体上敷烧结形成减摩涂层，赋予涂层具有良好的减摩性能、较好的抗咬合性和较高的承载能力。中国专利CN 107803501A公开的一种锡基巴氏合金构建的激光增材制造方法，在50-150℃的镀一层0.02-0.2mm锡层的钢板基板上铺设一定厚度的80-300目的锡基巴氏合金粉末层，用20-200W的激光束选区加热合金粉末层，使局部熔合，在基板表面形成激光熔覆层，然后下降一个合金粉末层的厚度，重复铺设锡基巴氏合金粉末层和激光束选区加热，得到厚度为0.02-0.2mm三维的锡基巴氏合金构件。上述现有技术，虽然公开了锡基合金粉末的制备及其在激光熔覆中的应用启示，但是目前可用于3D打印锡基巴氏合金粉末的球形度只有83％，粒径较大，雾化效率低，而且钢材表面多需要进行镀锡处理，且为了保证其良好的组织性能和晶粒形态，需要切去最后凝固的部位，造成了材料的严重浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于3D打印技术的锡基巴氏合金涂层材料的制备工艺，首先利用含二次层流喷射系统的气雾装置制备得到粒径小于45μm的锡基巴氏合金粉末的含量大于等于50％，锡基巴氏合金粉末的颗粒球形度Ψ0≥0.95，充分满足3D打印技术对金属粉末的要求，然后借助激光熔覆技术，在激光熔覆的同时输送锡基巴氏合金粉末，经多层多道道激光熔覆在钢基材的表面，形成基于3D打印技术的锡基巴氏合金涂层材料。本发明将气雾法与激光熔覆技术相结合，制备得到基于3D打印技术的锡基巴氏合金涂层材料，材料表面平整度好，且与基材结合力强。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种基于3D打印技术的锡基巴氏合金涂层材料的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：