[发明专利]一种表面改性的高激光反射率金属粉体及3D打印方法

说明书

本发明属于金属材料制备领域，涉及一种表面改性的高激光反射率金属粉体及其在3D打印中的应用。本发明将高激光反射率的铝、铜、铝合金或铜合金粉体表面通过化学镀的方法包覆上高激光吸收率的镍、钴或铁金属颗粒，即将原本高激光反射率的粉体改性为高激光吸收率的粉体，增强高激光反射率金属粉体在3D打印过程中的打印性能，以实现高激光反射率金属粉体的3D打印。相比3D打印所使用的常规商业铝、铜、铝合金或铜合金粉体，表面改性包覆后，其激光吸收率和打印性能得到提高，粉体的球形度改变不大，铺粉过程不受影响，并且打印得到的金属零件致密，机械性能良好。

技术领域

本发明属于金属材料制备领域，涉及一种表面改性的高激光反射率金属粉体及3D打印方法，具体涉及高激光反射率的铝、铜、铝合金或铜合金粉体的表面改性包覆，以及表面改性后粉体的3D打印方法。

背景技术

选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)是一种典型的增材制造技术(Additive Manufacturing,AM)，俗称3D打印。该技术利用激光逐层选择性地熔化金属粉床，然后逐层堆积，最终成型金属零件，可实现传统加工技术难以实现的复杂薄壁精密构件的制造，具有成型精度高，力学性能优良等优点。除此之外，使用激光成型的3D打印机还有选区激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)，直接金属粉末激光烧结(Direct MetalLaser Sinter,DMLS)，激光近净成型(Laser Engineered Net Shaping,LENS)和激光熔覆堆积(Laser Cladding Deposition,LCD)等。目前限制3D打印技术发展的其中一个因素是可打印的金属种类不多，可打印的金属种类目前主要限制在铁基，钛基，钴基和镍基这几种合金中。可以打印的铝基和铜基金属种类较少，比如铝基金属基本限制在熔体流动性良好的Al-Si系合金。铝基和铜基金属无法用激光进行3D打印的主要原因是：铝基粉体和铜基粉体的高激光反射率使得激光照射的能量大部分被反射，金属粉体没有得到充分的熔化，易形成各种缺陷，导致金属零件无法成型或成型后零件的致密度和机械性能较差。此外，高激光反射率的锌、钽等金属和合金在激光3D打印中也会面临此类问题。

针对以上铝、铜、铝合金或铜合金在选区激光熔化过程中的高激光反射率问题，可以通过对高激光反射率的粉体进行表面改性包覆的方法来提高粉体表面的激光吸收率。目前常见的包覆方法主要有高压氢还原法、流化床气相沉积法、电镀法、机械化学法，但是这些方法中，高压氢还原法设备复杂，需要提供高压气氛，并且包覆不均匀不适合低含量的包覆；流化床气相沉积法使用金属羰基物作为原料，毒性大，挥发性强并且易燃易爆；电镀法工艺设备较为复杂；机械化学法包覆不均匀，并且会严重破坏粉体的球形度。因此，以上方法都不太适合选区激光熔化所使用的铝、铜、铝合金或铜合金粉体的表面改性包覆。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种表面改性的高激光反射率金属粉体、粉体表面改性方法及其3D打印方法。本发明针对上述问题，采用化学镀对高激光反射率的金属粉体进行表面改性包覆，制备了镍、钴或铁包覆铝、铜、铝合金或铜合金粉体的表面改性包覆粉体，所述包覆粉体具有可显著提高激光吸收率，球形度高不影响铺粉，包覆金属含量可控，包覆金属可掺入磷或硼等优点。所述包覆粉体用于3D打印过程后制备的铝合金和铜合金材料具有气孔，缺陷减少，成型能力增强，机械性能提高等优点。本发明解决了高激光反射率金属粉体在3D打印过程中激光反射率高，成型能力差，气孔和缺陷多，机械性能差等问题。

本发明是通过如下技术方案实现的：