[发明专利]一种制备用于3D打印的铁基软磁复合材料丝材

说明书

本发明提供一种制备用于3D打印的铁基软磁复合材料丝材，属于增材制造领域。包括片状软磁合金粉末的制备、片状绝缘包覆软磁合金粉末的制备、用于3D打印丝材的粒料制备和用于3D打印的铁基软磁复合材料丝材的制备；片状软磁合金粉末是通过湿法球磨破碎干燥制得，片状绝缘包覆软磁合金粉末是通过与磷酸乙醇溶液加热反应并在氢气气氛下煅烧制得，用于3D打印丝材的粒料是通过将片状绝缘包覆软磁合金粉末与包含聚酰亚胺的聚合物体系加入密炼机混合并经造粒机造粒制得；用于3D打印的铁基软磁复合材料丝材是通过将粒料经3D打印长丝挤出机挤出加工并冷却制得。本发明制备的所述用于3D打印的铁基软磁复合材料丝材强度能达到40MPa～100MPa，使用温度不低于450℃。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其是涉及一种制备用于3D打印的铁基软磁复合材料丝材。

背景技术

增材制造(AM)也叫3D打印，是将计算机辅助设计的三维虚拟模型转化为实体物件。该技术需要通过数字切片、3D扫描、或层析成像获得数据，构构建实物的数据模型，根据数据模型增材制造逐层构建实物，无需模具加工。AM技术涵盖包括还原光聚合(立体光刻)、粉末床熔合(SLS)、材料和粘合剂喷射(喷墨和气溶胶3D打印)、片材层压(LOM)、挤出(FDM，3D分配，3D光纤沉积和3D绘图)和3D生物打印多种制备方式。增材制造中需要使用聚合物作为原料粉末的粘结剂，使用的聚合物包括热塑性塑料、热固性塑料、弹性体、水凝胶、功能聚合物、聚合物共混物、复合材料和生物系统，使用的原料粉末包括不锈钢合金粉末、钛合金粉末、以及陶瓷粉末。而增材制造中的聚合物基丝材的增材制造在轻型工程、建筑、食品加工、光学、能源技术、牙科、药物输送和个性化医疗领域得到了广泛的应用，其中的金属基和陶瓷基聚合物丝材的应用相对来说还比较少。

目前，关于铁基软磁材料丝材的增材制造的研究较少，最早的增材制造磁性材料是水雾化的纯铁粉末，制备的也不是丝材。而选择性激光熔化(SLM)是一种很有前景的制造技术，采用Fe-Si6.9材料可以制造任何形状的三维高硅钢部件，有效改善机械性能，但不能用于铁基软磁材料丝材的增材制造。

发明内容

本发明提供了一种制备用于3D打印的铁基软磁复合材料丝材，解决了现有技术铁基软磁复合材料丝材制备中存在的“铁基软磁复合材料丝材强度不能达到40MPa～100MPa，使用温度低于450℃”等问题。

本发明提供一种制备用于3D打印的铁基软磁复合材料丝材，包括片状软磁合金粉末的制备、片状绝缘包覆软磁合金粉末的制备、用于3D打印丝材的粒料制备和用于3D打印的铁基软磁复合材料丝材的制备；其中：片状软磁合金粉末是通过湿法球磨破碎干燥制得，片状绝缘包覆软磁合金粉末是通过与磷酸乙醇溶液加热反应并在氢气气氛下煅烧制得，用于3D打印丝材的粒料是通过将片状绝缘包覆软磁合金粉末与包含聚酰亚胺的聚合物体系加入密炼机混合并经造粒机造粒制得；用于3D打印的铁基软磁复合材料丝材是通过将粒料经3D打印长丝挤出机挤出加工并冷却制得；

所述用于3D打印的铁基软磁复合材料丝材强度能达到40MPa～100MPa，使用温度不低于450℃。

所述制备用于3D打印的铁基软磁复合材料丝材，具体方法如下述步骤所示：

S1、将合金粉末放入带有不锈钢球的湿磨机混料筒内混合均匀，球磨介质为无水乙醇，其中：不锈钢球与合金粉末的体积总量不超过混料筒体积的50％，无水乙醇刚刚没过球料，需要加入0.5wt％的油酸，湿磨24小时然后过滤，过滤后在真空干燥箱中80℃进行干燥，破碎后所得片状软磁合金粉末备用；

S2、将S1所述片状软磁合金粉末置入100ml反应釜内，加入50ml磷酸乙醇溶液，完全封闭反应釜后将反应釜置入真空干燥箱内，调节真空干燥箱的温度在80℃-180℃内反应0.5h-8h，反应完成后冷却取出，得到表面包覆一层绝缘磷化层的片状软磁合金粉末，过滤后在真空干燥箱中80℃干燥，并在H₂还原气氛下煅烧，得到片状绝缘包覆软磁合金粉末；