[发明专利]一种3D打印用细颗粒单质球形金属粉末的制备方法

摘要

本发明涉及一种3D打印用细颗粒单质球形金属粉末的制备方法，属于金属粉末制备技术领域。该制备方法采用高纯金属块材为原料，在惰性气体环境下通过电弧蒸发，同时充入氢气控制金属气体原子的热传导及活性使其冷却沉积得到高纯单质金属纳米粉末颗粒；然后对高纯单质金属纳米粉末进行团聚造粒，得到较高密度的微米级单质金属粉末；最后对造粒后微米级单质金属粉末进行热处理，通过脱胶和致密化固结作用，获得粒度、球形度、流动性和氧含量满足3D打印要求的单质金属粉末颗粒。本方法与其他工艺方法相比，对金属颗粒的球形度、粒径分布和氧含量的可控性强，并且具有工艺简单和成本低的优势。

主权项

一种3D打印用细颗粒单质球形金属粉末的制备方法，其特征在于，该制备方法采用高纯金属块材为原料，在惰性气体环境下通过电弧蒸发，同时充入氢气控制金属气体原子的热传导及活性使其冷却沉积得到高纯单质金属纳米粉末颗粒；然后对高纯单质金属纳米粉末进行团聚造粒，得到较高密度的微米级单质金属粉末；最后对造粒后微米级单质金属粉末进行热处理，通过脱胶和致密化固结作用，获得粒度、球形度、流动性和氧含量满足3D打印要求的单质金属粉末颗粒，其具体包括以下步骤：(1)将高纯金属块材作为阳极，钨为阴极，在惰性气体与氢气环境下，通过放电作用形成高强度电弧蒸发金属生成气体原子，冷凝后形成粒径为20～80nm的固态单质金属纳米颗粒，其中金属块材的成分选自Fe、Co、Ni或Zn，惰性气体与氢气的通入顺序为：先抽真空，然后通入氩气进行起弧开始蒸发，然后再通入氢气进行连续蒸发；(2)将聚乙烯醇、聚乙二醇和去离子水与步骤(1)制备的单质金属纳米颗粒按一定比例，通过球磨和机械搅拌相结合配制得到稳定的悬浊液料浆，然后利用闭式循环喷雾干燥设备进行团聚造粒，获得20～50μm的球形金属颗粒，其中干燥介质为氩气；球磨和机械搅拌相结合，先进行球磨，然后再进行机械搅拌；(3)采用氩气保护的管式炉对步骤(2)制备的球形金属颗粒进行热处理，第一阶段热处理温度为250～350℃，保温时间90～150min；第二阶段热处理温度为Tm/2+80～Tm/2+180℃，Tm为单质金属熔点，保温时间为120～180min；最后随炉冷却至室温，得到适用于3D打印需求的细颗粒单质球形金属粉末；其中，步骤(1)中充入氢气与氩气的压力比为1：1～3，通入氩气至真空压力达到0.04～0.06MPa进行起弧，然后通入氢气至真空压力达到0.01～0.03MPa进行连续蒸发；步骤(2)中料浆球磨时间为40～80min，转速为300～400r/min，机械搅拌时间为20～40min，搅拌速率为100～200r/min，保证总时间在60～120min。