[发明专利]钢制品中添加低沸点易氧化金属元素的方法及打印装置

说明书

本发明涉及一种钢制品中添加低沸点易氧化金属元素的方法及打印装置，属于增材制造领域。解决了现有技术中钢粉氧含量太高，最终影响打印件性能的难题。钢制品中添加低沸点易氧化金属元素的方法，包括采用钢粉和低沸点易氧化金属粉为原料，在保护气氛下进行粒度筛选、烘干和混粉，铺粉后进行增材制造打印。实现了降低钢制品中氧含量，改变氧化夹杂物存在形式，钢制品中含有较高含量的低沸点易氧化金属元素，最终提高了特殊钢打印件的性能。

技术领域

本发明属于增材制造领域，特别涉及钢制品中添加低沸点易氧化金属元素的方法、特殊钢粉与低沸点易氧化金属粉混合打印装置。

背景技术

增材制造金属粉是金属零件增材制造产业链重要的一环，当前增材制造用金属粉主要集中在钛合金、高温合金、钴铬合金、特殊钢等材料方面。

增材制造用特殊钢粉的特殊钢母材一般是通过真空冶金、电渣冶金等传统工艺熔炼获得，然后再用等离子旋转电极法(PREP)、等离子雾化法(PA)、气雾化法(GA)以及等离子球化法(PS)四种方法获得合格的特殊钢粉。从特殊钢母材(氧含量≤20ppm)到制成特殊钢粉(直径几十微米)后，因粉的比表面积大而极易吸附保护气氛中的氧而使得特殊钢粉氧含量骤增(氧含量100～400ppm)。

为满足增材制造装备及工艺要求，金属粉必须具备较低的氧含量、良好的球形度、较窄的粒度分布区间和较高的松装密度等特征。高氧含量的金属粉在增材制造打印特殊钢件时，氧容易与特殊钢的合金元素结合形成夹杂物，从而导致打印件氧含量很高(氧含量≥60ppm)，最终影响打印件的性能。

此外，在特殊钢制品中，低沸点易氧化金属元素通常在冶金过程中加入。而真空冶金、电渣冶金等传统冶金过程在冶炼特殊钢时熔池长时间在1600℃左右，低沸点易氧化金属元素在冶炼过程中难以加入，且低沸点易氧化金属容易与氧反应生成复杂的氧化夹杂物，影响制品的性能。

发明内容

鉴于以上分析，本发明旨在提供钢制品中添加低沸点易氧化金属元素的方法、钢粉与低沸点易氧化金属粉混合打印装置，用以解决以下技术问题之一：(1)现有技术特殊钢粉增材制造打印件中氧含量过高的问题，从而达到提高打印件性能的有益效果；(2)钢制品中难以加入高含量的低沸点易氧化金属元素。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种钢制品中添加低沸点易氧化金属元素的方法，包括采用钢粉和低沸点易氧化金属粉为原料，在保护气氛下进行粒度筛选、烘干和混粉，铺粉后进行增材制造打印。

进一步的，所述钢粉为特殊钢粉，所述特殊钢粉通过冶金工艺熔炼获得，然后再用等离子旋转电极法、等离子雾化法、气雾化法或等离子球化法获得的增材制造用钢粉。

进一步的，该方法包括如下步骤：

步骤1：将所述钢粉和低沸点易氧化金属粉分别在保护气氛下进行粒度筛选、封存备用；

步骤2：将所述钢粉和低沸点易氧化金属粉在保护气氛下烘干，冷却至室温后装入钢粉粉料仓和低沸点易氧化金属粉粉料仓备用；

步骤3：精确控制钢粉和低沸点易氧化金属粉重量下料到粉料混合仓内；

步骤4：粉料混合均匀；

步骤5：铺粉，进行增材制造打印，实现钢制品中低沸点易氧化金属元素的添加。

进一步的，所述低沸点易氧化金属粉重量M_沸与钢粉重量M_钢满足关系式：

a＝M_沸/(M_沸+M_钢)，其中a大于钢粉氧含量的25倍以上。