一種用于3d打印的增強金屬復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于3D打印材料領域，具體涉及一種用于3D打印的增強金屬復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002 ] 3D打印技術是將三維物象通過連續的材料層創建出來，其過程如同打印機的打印過程，通過將粉料逐點打印成層，然后逐層疊加成三維實體的制備過程，具有精度高、速度快的特點，其最大的特點是從設計到成型一步到位，并且能夠制備結構更為精密復雜的產品。該技術不但克服了傳統減材制造造成的損耗，而且使產品制造更智能化，更精準，更高效。目前，制約3D打印技術迅速發展的最大瓶頸是打印材料，特別是金屬打印材料。
[0003]在高性能金屬構件直接采用3D打印技術制造方面，需要3D打印金屬材料粒徑細、粒徑均勻、高球形度、低氧含量。中國發明專利CN103801704A公開了一種3D打印用成型銅粉材料及其制備方法，該方法采用氬氣保護爐熔煉TUO無氧銅至1250?1400°C，在穩定微壓下銅液通過漏包坩禍和導流嘴流經氣霧化噴嘴，被噴嘴射出的預熱音速氬氣流沖刷銅液表面產生剪切力和擠壓力，使銅液變形、液流直徑不斷減小，并最終形成小液滴，而后在霧化室冷卻制得球形金屬粉末，該制備方法制得的3D打印銅粉得粉率高、球形度高、含氧量小于500ppm、粒徑小于I Ομπι且分布窄。
[0004]而現有以金屬粉體為原料的3D打印技術，通過直接金屬激光燒結(DMLS)技術、電子束熔化成型(EBM)技術、選擇性激光熔化成型(SLM)技術、選擇性熱燒結(SHS)技術和選擇性激光燒結(SLS)技術，其原理均是用能量對金屬粉體熔化、燒結形成新的金屬材料和形狀。由于在空氣中金屬粉體熔化、燒結易于氧化，熔體流動造成制品變形，因而3D打印的金屬制品的硬度、抗拉強度、韌性都比較低。
[0005]通過金屬粉增強處理可有效克服在3D打印制備金屬制品的強度缺陷。已有報道，利用碳化硅纖維、晶須材料可以增強金屬用作飛機渦輪發動機和超音速飛機的表面材料等。這些對金屬的增強均是將金屬熔融后加入纖維然后成型。而3D打印用金屬材料要求為粉末，因而使得纖維增強受到限制。

【發明內容】

[0006]針對目前用于3D打印的金屬粉末材料成分單一、強度和韌性較差的缺陷，本發明提出一種用于3D打印的增強金屬復合材料。該增強金屬復合材料是通過粘接和燒結，在金屬粉表面形成陶瓷面，該陶瓷面具有微孔，賦予金屬粉強度和韌性。同時具有球形度高、粒徑小、分布窄的特性。用于3D打印直接成型金屬制品時，金屬瓷面在低于金屬熔點的溫度條件下粘連，有效防止金屬制品的變形，從而得到尚強度、尚初性的金屬制品。
[0007]進一步提供一種用于3D打印的增強金屬復合材料的制備方法。
[0008]一種用于3D打印的增強金屬復合材料，是通過如下技術方案實現的:
一種用于3D打印的增強金屬復合材料，其特征是:由如下重量份原料制備而成: 金屬粉末50-60份，
裡瓷石20-25份，
石英3-8份，
助熔劑2-3份，
碳酸鈉1-3份，
粘接劑0.5-2份；
其中，所述的金屬粉末為不銹鋼粉體、金屬銅粉、金屬鎳粉、金屬鐵粉、金屬鈦粉中的一種，顆粒粒徑小于100目；
所述的鋰瓷石為粒徑小于1250目的微細粉體，其中Li20> 3%，K2O >2.5%，Na2O> 2.5% ； 所述的石英為粒徑小于1250目的微細粉體；
所述的助熔劑為硼酸鋅、氧化鋅、碳酸鋇中的一種，可使金屬粉體表面的鋰瓷石粉、石英粉在1000°C左右瓷化。
[0009]所述的粘接劑為聚丙烯酸、聚乙二醇、甲基纖維素、聚乙烯吡咯烷酮、水性聚氨酯其中至少一種；
所述一種用于3D打印的增強金屬復合材料，是由如下方法制備而得:
1)將1-3重量份的碳酸鈉、0.5-2重量份的粘接劑與適量水配制成粘稠液體，粘稠液體的粘度在5_8cP之間，然后與50-60重量份的金屬粉在高速分散機中加熱至80-90°C，以900-1500rpm的速度分散10-15min，使金屬粉具有粘接性和附著性；
2)將步驟I)得到的分散金屬粉與20-25重量份的鋰瓷石、3-8重量份的石英、2-3重量份的助熔劑送入螺旋輸送撲粉機，螺旋輸送撲粉機帶動物料沿軸向移動，并通過螺旋體連續旋轉將鋰瓷石、石英微細粉粘接在金屬粉表面；
3)將步驟2)經過撲粉的金屬粉在100-120°C下烘干，通過球磨過50目篩；
4)將步驟3)得到的撲粉金屬顆粒在氮氣氛圍中，在900-1100°C條件下煅燒10-15分鐘，自然冷卻，得到增強金屬復合材料。
[0010]本發明一種用于3D打印的增強金屬復合材料，利用碳酸鈉和粘接劑提高金屬粉的界面特性，從而使鋰瓷石粉、石英粉與金屬完全粘接，通過粘接和燒結，在金屬粉表面形成陶瓷面，由于碳酸鈉、粘接劑燒結時有氣體產生，因此陶瓷面具有微孔，賦予金屬粉強度和韌性。同時具有球形度高、粒徑小、分布窄的特性。用于3D打印直接成型金屬制品時，金屬瓷面在低于金屬熔點的溫度條件下粘連，有效防止金屬制品的變形，從而得到高強度、高韌性的金屬制品。
[0011]本發明一種用于3D打印的增強金屬復合材料及其制備方法，與現有技術相比，其突出的特點和優異的效果在于:
1、本發明一種用于3D打印的增強金屬復合材料，在金屬粉表面形成陶瓷面，由于碳酸鈉、粘接劑燒結時有氣體產生，因此陶瓷面具有微孔，賦予金屬粉強度和韌性。
[0012]2、本發明一種用于3D打印的增強金屬復合材料，用于3D打印直接成型金屬制品時，金屬瓷面在低于金屬熔點的溫度條件下粘連，有效防止金屬制品的變形，從而得到高強度、高韌性的金屬制品。
[0013]3、本發明一種用于3D打印的增強金屬復合材料的制備方法，無需對金屬粉完全熔融實現了金屬粉的增強改性，不但工藝簡短，而且能耗低、成本低，適合于規模化生產。
【具體實施方式】
[0014]
以下通過【具體實施方式】對本發明作進一步的詳細說明，但不應將此理解為本發明的范圍僅限于以下的實例。在不脫離本發明上述方法思想的情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包含在本發明的范圍內。
[0015]實施例1
1)將I重量份的碳酸鈉、2重量份的粘接劑聚丙烯酸與適量水配制成粘稠液體，粘稠液體的粘度在5_8cP之間，然后與50重量份的不銹鋼粉體在高速分散機中加熱至80-90°C，以900rpm的速度分散1min，使金屬粉具有粘接性和附著性