3d打印用金属粉体的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种3D打印用金属粉体的制备方法，包括以下步骤：对致密金属材料进行氢化处理、采用200目筛磨机筛磨，取筛下物过400目筛或325目筛，取筛上物进行球磨整形，再过400目筛或325目筛，取筛上物真空烘干、脱氢处理，即得到所述3D打印用金属粉体。本发明的方法能解决现有技术中钽、铌等这些高熔点金属难以制备出符合3D打印要求的金属粉体的技术难题，同时本发明的方法制备的金属粉体的流动性好，满足3D打印的要求；同时本发明的方法制备的金属粉体的装备为常规装备，从而使金属粉体的制造成本较其它方法而言较低。
【专利说明】
3D打印用金属粉体的制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于3D打印技术领域，尤其设及一种大幅改善粉末流动性的、3D打印用金 属粉体的制备方法。
【背景技术】
[0002] 金属3D打印是近年来新兴的高科技制造技术，3D打印相对于传统制造技术而言， 其原料为具有特殊要求的金属粉末。3D打印过程需要将粉末逐层均匀布洒在打印室内，W 便激光(或电子束)打印枪进行快速扫描烙化，并凝聚成致密性的金属实体。3D打印过程其 实对粉末的粒形是没有要求的，要求的是粉末的流动性。粉末的流动性不好，将使布洒不匀 甚至无法进行布洒。实践表明，粉末流动性达到一定值（粗30-50g/12Sec，妮15-30g/ 12Sec)，3D打印即可W顺利进行。即体现在粉体的物理性能上，要求粉末流动性必须良好， W满足打印腔体内粉末机械布洒的均匀性的要求。
[0003] 球形粉末具有普通粉末无法替代的良好的流动性，是3D打印的理想粉末体，而等 离子粉体处理技术是生产球形粉末的主流方法。但是，等离子粉体处理技术设备投资大、技 术要求高、工艺复杂、粉末加工成本高，难W大规模生产。喷雾制粒技术也能获得较好粒型 的粉末，但只能适应烙点1700°C W下的金属及合金的制粉，像粗、妮运些金属的烙点在2970 °(：和2468°(：，不能用喷雾方法制粉。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，克服W上【背景技术】中提到的不足和缺陷，提供一 种能适应高烙点（2468°C和2970°C )的3D打印用金属粉体的制备方法，该方法流动性好，满 足3D打印用金属粉体。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
[0006] -种3D打印用金属粉体的制备方法，包括W下步骤：
[0007] (1)先对致密金属材料进行清洗，去除表面油污，然后置于氨化炉中进行氨化处 理；
[0008] (2)将氨化处理后的致密金属材料进行球磨，所述球磨过程采用200目筛磨机筛 磨，取筛下物，得到-200目的氨化粉；
[0009] (3)将步骤(2)得到的-200目的金属粉过325目或400目筛，取筛上物，得到粒径大 于325目或400目而小于200目的氨化粉；
[0010] (4)将步骤(3)得到的氨化粉在Ar气保护下进行球磨整形，使具有尖角锐边的极不 规则的氨化粉变为接近球形的多面体型的整形粉；
[0011] (5)将步骤(4)得到的氨化粉在去离子水中过325目或400目筛，去除-325目或400 目的细粉，得到粒径大于325目或400目而小于200目的多面体氨化粉；
[0012] (6)将步骤(5)得到的多面体氨化粉依次进行真空烘干、脱氨处理，即得到所述3D 打印用金属粉体。
[0013] 上述的制备方法，优选的，所述步骤(5)中的过325目或400目筛和所述步骤(6)中 的脱氨处理的顺序相互交换。
[0014] 上述的制备方法，优选的，所述金属粉体包括粗粉或妮粉或它们之间任意组合的 合金粉体，W及粗或妮中的任一种或多种与其他金属组成的可氨化的合金粉体。
[0015] 上述的制备方法，优选的，所述步骤(4)中，球磨整形过程中，球体与氨化物质量比 为1:(1-2)，球的质量比为01(111111):0 2(111111):0 5(111111) = 5〇:4〇:1〇;球磨整形的时间为2-8个 小时。
[0016] 上述的制备方法，优选的，所述氨化处理的具体过程为将氨化炉抽真空并升溫至 800-110(TC，保持化后断电自然冷却至室溫，自然冷却的过程中向氨化炉中通入氨气。
[0017] 上述的制备方法，所述步骤(6)中的真空烘干溫度为70-90°C，烘干的时间为8-12 小时。由于氨化粉中含有大量氨气，要经过脱气过程脱除氨气，才能最终得到符合要求的3D 打印用金属粉体;所述脱氨处理的具体过程为将氨化粉体置于真空炉中，升溫至800-1100 °C并保持化，然后断电自然冷却，自然冷却的过程中向真空炉中通入Ar气。
[0018] 上述的制备方法，为了有效抑制超细金属粉形成，球磨制粉过程中用200目筛磨机 筛磨。筛磨机的过筛和球磨同时进行，筛磨筒每旋转一圈，物料就球磨一圈并过筛一次，物 料颗粒只要达到200目筛孔所对应的粒径，绝大部分立刻通过筛孔筛下，不会出现过度球磨 而成为流动性差的超细粉，增加了制粉成品率。粒度没有达到要求的粗颗粒，会自动返回再 次球磨。
[0019] 上述的制备方法，由于球磨过程产生的粉体是尖角锐边的、极不规则形的，因此用 细球进行球磨整形，磨去粉体的尖角锐边，使其变成接近球形的多面体形。同时在球磨和整 形过程中不可避免还会产生了许多碎屑等超细粉，由于其流动性能很差，甚至没有流动性， 要达到符合3D打印的流动性要求，必须去掉运种超细粉，而采用干式筛分法很难筛分干净， 所W金属粉体过325目或400目筛的过程采用湿式筛滤法，先将-200目的金属粉末置于325 目或400目振动筛内，在持续振动揽拌下加去离子水过筛，筛滤过程中，在去离子水介质参 与下，加 W振动揽拌，粉末之间相互吸附大大减弱，超细粉经筛网被水带走并穿过筛孔过滤 除去，当筛下的滤液为不再浑浊的清液时筛滤完毕，取筛上物烘干，得到粒径大于325目或 400目而小于200目的金属粉体。
[0020] 上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中的致密金属材料包括金属锭、金属棒、金 属板、金属边角料或金属粗头。本发明的
【申请人】通过研究和实验发现冶金级金属粉细粉多、 粒形复杂、流动性差、工艺成功率低、氧含量高，不适宜作为制备的3D打印用金属粉体的最 优粉体，而采用致密金属材料，尤其是致密性粗材，采用氨化制粉工艺制得的粗粉粒形简 单，流动性好，杂质含量(尤其是氧含量)很低，是优质3的T印粉体用材料。
[0021] 本发明还提供另一种3的T印用金属粉体的制备方法，包括W下步骤：
[0022] (1)将金属材料氨化物直接进行球磨，所述球磨过程采用200目筛磨机筛磨，取筛 下物，得到-200目的氨化粉；
[0023] (2)将步骤（1)得到的-200目的氨化粉过325目或400目筛，取筛上物，得到粒径大 于325目或400目而小于200目的氨化粉；
[0024] (3)将步骤(2)得到的氨化粉进行球磨使具有尖角锐边的极不规则的氨化粉变为 接近球形的多面体型的整形粉;并再次用325目或400目筛在去离子水中进行过筛，取筛上 物，得到粒径大于325目或400目而小于200目的整形粉；
[0025] (4)将步骤(3)得到的整形粉进行真空烘干、脱氨处理，即得到所述3D打印用金属 粉体。
[0026] 上述的制备方法，球磨整形过程中，球体与氨化物质量比为1: (1-2)，球的质量比 为0 1 (mm): 0 2(mm): 0 5(mm) = 50:40:10;球磨整形的时间为2-8个小时。
[0027] 上述的制备方法，过325目或400目筛的过程采用湿式筛滤法，先将-200目的氨化 物金属粉末置于325目或400目振动筛内，在持续振动揽拌下加水过筛，当筛下的滤液为不 再浑浊的清液时筛滤完毕，取筛上物烘干，得到粒径大于325目或400目而小于200目的氨化 粉。
[00%]上述的制备方法，步骤(4)中，真空烘干溫度为70-90°C，烘干的时间为8-12小时。 由于氨化粉中含有大量氨气，要经过脱气过程脱除氨气，才能最终得到符合要求的3D打印 用金属粉体;所述脱氨处理的具体过程为将氨化粉体置于真空炉中，升溫至800-110(TC并 保持化，然后断电自然冷却，自然冷却的过程中向真空炉中通入Ar气。
[0029]
【申请人】通过无数次研究和实验表明，+200目W上的金属粉太粗，不适合3D打印要 求，同时-400目的金属粉，流动性太差，也不适合3D打印要求。而选择粒度大于400目而小于 200目的金属粉体是能满足3D打印要求的，并且选择粒度大于325目而小于200目的金属粉 体流动性相对更好，更能满足3的T印要求。
[0030] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0031] (1)本发明的方法能解决现有技术中粗、妮等运些高烙点金属难W制备出符合3D 打印要求的金属粉体的技术难题，同时本发明的方法制备的金属粉体的流动性好，满足3D 打印的要求；同时本发明的方法制备的金属粉体的装备为常规装备，从而使金属粉体的制 造成本较其它方法而言较低。
[0032] (2)本发明的方法设备投资小、技术要求小、工艺简单，投资成本低，适合大规模生 产。
【附图说明】
[0033] 图1是本发明实施例1中磨机筛磨后的氨化粗粉粒度分布曲线。
[0034] 图2是本发明实施例1中过325目筛的筛上物氨化粗粉粒度分布曲线。
[0035] 图3是本发明实施例2中磨机筛磨后的氨化粗粉粒度分布曲线。
[0036] 图4是本发明实施例2中过400目筛的筛上物氨化粗粉粒度分布曲线。
[0037] 图5是本发明实施例3中磨机筛磨后的氨化妮粉粒度分布曲线。
[0038] 图6是本发明实施例3中过400目筛的筛上物氨化妮粉粒度分布曲线。
【具体实施方式】
[0039] 为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全 面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于一下具体实施例。
[0040] 除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相 同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的 保护化围。
[0041] 除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市 场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0042] 实施例1:
[0043] -种本发明的3D打印用金属粗粉的制备方法，具体步骤如下：
[0044] (1)准备粗板边角料，洗去油污，用HF浸泡去除表面氧化膜;然后置于氨化炉中升 溫至1000°C真空处理化，再断电冷却至600°C时通氨气氨化，最后冷却至室溫时出炉。
[0045] (2)用200目筛磨机筛磨氨化后的粗材，筛磨机的过筛和球磨同时进行，筛磨筒每 旋转一圈，物料就球磨一圈并过筛一次，物料颗粒只要达到200目筛孔所对应的粒径，粒度 没有达到要求的粗颗粒，会返回再次球磨;将200目筛磨机筛磨后的氨化粗粉置于325目振 动筛内，在持续振动揽拌下加水过筛，当筛下的滤液为不再浑浊的清液时筛滤完毕，取筛上 物烘干，得到粒径大于325目而小于200目的氨化粗粉。
[0046] (3)将步骤(2)制备的氨化粗粉按1:1的重量比例配整形用粗球粒(球的质量比为 0 l(mm): 0 2(mm): 0 5(mm) = 50:40:10)，将氨化粗粉和粗球装入球磨桶中，用氣气置换球 磨桶内空气后，开动球磨机进行整形球磨3小时，然后筛去粗球粒，将粉末在持续振动揽拌 下加水过325目筛，当筛下的滤液为不再浑浊的清液时筛滤完毕，取筛上物烘干，得到粒径 大于325目而小于200目的接近球形的多面体型氨化粗粉。
[0047] (4)将步骤(3)得到的氨化粗粉先置于真空炉中W70°C烘化，然后置于真空炉中脱 除氨气，脱气溫度为l〇〇〇°C，并保持化，然后断电自然冷却，自然冷却的过程中通入Ar气，待 冷却至室溫时取出，即得到3D打印用金属粗粉。
[0048] 本实施例步骤(2)中磨机筛磨后的氨化粗粉粒度分布曲线如图1所示，其峰值粒度 位于20um左右，粒径小于1.5um的超细粉占一定比例，粗粉无流动性，不符合3D打印要求，结 果见表1。
[0049] 本实施例最终得到的粗粉粒度分布曲线如图2所示，其峰值粒度位于60um左右，粒 径小于1.5um的超细粉全部除去，1.5um-2加 m粒径的粗粉部分除去；粗粉流动性为51.5g/ 12s，符合3D打印要求，结果见表1。
[0050] 表1筛滤前后粗粉的流动性对比
[0化1 ]
[0化2]实施例2:
[0053] -种本发明的3D打印用金属粗粉的制备方法，具体步骤如下：
[0054] (1)准备+20目粗粗头料，洗去油污，用HF浸泡去除表面氧化膜;然后置于氨化炉中 升溫至1000°C真空处理化，再断电冷却至600°C时通氨气氨化，最后冷却至室溫时出炉。
[0055] (2)用200目筛磨机筛磨氨化后的粗材，筛磨机的过筛和球磨同时进行，筛磨筒每 旋转一圈，物料就球磨一圈并过筛一次，物料颗粒只要达到200目筛孔所对应的粒径，粒度 没有达到要求的粗颗粒，会返回再次球磨;将200目筛磨机筛磨后的氨化粗粉置于400目振 动筛内，在持续振动揽拌下加水过筛，当筛下的滤液为不再浑浊的清液时筛滤完毕，取筛上 物烘干，得到粒径大于400目而小于200目的氨化粗粉。
[0056] (3)将步骤(2)制备的氨化粗粉按1:1的重量比例配整形用粗球粒(球的质量比为 0 l(mm): 0 2(mm): 0 5(mm) = 50:40:10)，将氨化粗粉和粗球装入球磨桶中，用氣气置换球 磨桶内空气后，开动球磨机进行整形球磨3小时，然后筛去粗球粒，将粉末在持续振动揽拌 下加水过400目筛，当筛下的滤液为不再浑浊的清液时筛滤完毕，取筛上物烘干，得到粒径 大于400目而小于200目的接近球形的多面体型氨化粗粉。
[0057] (4)将步骤(3)得到的氨化粗粉先置于真空炉中W80°C烘化然后置于真空炉中脱 气，脱气溫度为l〇〇〇°C，并保持化，然后断电自然冷却，自然冷却的过程中通入Ar气，待冷却 至室溫时取出，即得到3D打印用金属粗粉。
[0058] 本实施例步骤(2)中磨机筛磨后的氨化粗粉粒度分布曲线如图3所示，其峰值粒度 位于40um左右，粒径小于1.5um的超细粉占一定比例，粗粉没有流动性，不符合3D打印要求， 结果见表2。
[0059] 本实施例最终得到的粗粉粒度分布曲线如图4所示，其峰值粒度位于60um左右，粒 径小于1.加 m的超细粉全部除去，1.5um-25um粒径的粗粉部分除去；粗粉流动性为47.65g/ 12s，符合3D打印要求，结果见表2。
[0060] 表2筛滤前后粗粉的流动性对比
[0061]
[0062] 实施例3:
[0063] -种本发明的3D打印用金属妮粉的制备方法，具体步骤如下：
[0064] (1)准备碳还原法制得的氨化妮用200目筛磨机筛磨，筛磨机的过筛和球磨同时进 行，筛磨筒每旋转一圈，物料就球磨一圈并过筛一次，物料颗粒只要达到200目筛孔所对应 的粒径，粒度没有达到要求的粗颗粒，会返回再次球磨;将200目筛磨机筛磨后的氨化妮粉 置于400目振动筛内，在持续振动揽拌下加水过筛，当筛下的滤液为不再浑浊的清液时筛滤 完毕，取筛上物烘干，得到粒径大于400目而小于200目的氨化妮粉。
[0065] (2)将步骤（1)制备的氨化妮粉按1:1的重量比例配整形用妮球粒(球的质量比为 0 l(mm): 0 2(mm): 0 5(mm) = 50:40:10)，将氨化妮粉和妮球装入球磨桶中，用氣气置换球 磨桶内空气后，开动球磨机进行整形球磨3小时，然后筛去妮球粒，将粉末在持续振动揽拌 下加水过400目筛，当筛下的滤液为不再浑浊的清液时筛滤完毕，取筛上物烘干，得到粒径 大于400目而小于200目的接近球形的多面体型氨化妮粉。
[0066] (3)将步骤(2)得到的氨化妮粉先置于真空炉中W90°C烘12h，然后置于真空炉中 脱气，脱气溫度为1000°C，并保持化，然后断电自然冷却，自然冷却的过程中通入Ar气，待冷 却至室溫时取出，即得到3D打印用金属妮粉。
[0067] 本实施例步骤(1)中磨机筛磨后的氨化妮粉粒度分布曲线如图5所示，其峰值粒度 位于55um左右，粒径小于7. Oum的超细粉占一定比例，妮粉没有流动性，不符合3D打印要求， 结果见表3。
[006引本实施例最终得到的妮粉粒度分布曲线如图6所示，其峰值粒度位于70um左右，粒 径小于7. Oum的超细粉全部除去，7.0um-40um粒径的妮粉部分除去;妮粉流动性为25g/12s， 符合3D打印要求，结果见表3。
[0069]表3筛滤前后妮粉的流动性对比 Γ00701
【主权项】
1. 一种3D打印用金属粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 先对致密金属材料进行清洗，然后置于氢化炉中进行氢化处理； (2) 将氢化处理后的致密金属材料进行球磨，所述球磨过程采用200目筛磨机筛磨，取 筛下物，得到-200目的氢化粉； (3) 将步骤(2)得到的-200目的氢化粉过325目或400目筛，取筛上物，得到粒径大于325 目或400目而小于200目的氢化粉； (4) 将步骤(3)得到的氢化粉在Ar气保护下进行球磨使具有尖角锐边的极不规则的氢 化粉变为接近球形的多面体型的整形粉； (5) 将步骤(4)得到的整形粉在去离子水中过325目或400目筛，取筛上物，得到粒径大 于325目或400目而小于200目的多面体氢化粉； (6) 将步骤(5)得到的多面体氢化粉依次进行真空烘干、脱氢处理，即得到所述3D打印 用金属粉体。2. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中的过325目或400目筛和 所述步骤(6)中的脱氢处理的顺序相互交换。3. 如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述金属粉体为钽粉或铌粉或它们 之间任意组合的合金粉体，以及钽、铌中的任一种或多种与其他金属组成的可氢化的合金 粉体。4. 如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，球磨整形过程中，球 体与氢化物质量比为1: (1-2)，球磨整形的时间为2-8个小时。5. 如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述氢化处理的具体过程为将氢化 炉抽真空并升温至800-1100°C，保持lh后断电自然冷却至室温，自然冷却的过程中向氢化 炉中通入氢气。6. 如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中的真空烘干温度为 70-90°C，烘干的时间为8-12小时;所述脱氢处理的具体过程为:将金属粉置于真空炉中，升 温至800-1100°C并保持2h，然后断电自然冷却至室温，自然冷却的过程中向真空炉中通入 Ar气。7. 如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述筛磨机筛磨的过程中，筛磨机的 过筛和球磨同时进行，粒度没有达到-200目的粗颗粒自动返回筛磨机再次球磨。8. 如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中的过325目或400目筛 的过程采用湿式筛滤法，先将-200目的氢化粉末置于325目或400目振动筛内，在持续振动 搅拌下加去离子水过筛，当筛下的滤液为不再浑浊的清液时筛滤完毕，取筛上物烘干，得到 粒径大于325目或400目而小于200目的氢化粉。9. 如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1)中的致密金属材料包括 金属锭、金属棒、金属板、金属边角料或金属粗头。10. -种3D打印用金属粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 将金属材料氢化物直接进行球磨，所述球磨过程采用200目筛磨机筛磨，取筛下物， 得到-200目的氢化粉； (2) 将步骤（1)得到的-200目的氢化粉过325目或400目筛，取筛上物，得到粒径大于325 目或400目而小于200目的氢化粉； (3) 将步骤(2)得到的氢化粉进行球磨使具有尖角锐边的极不规则的氢化粉变为接近 球形的多面体型的整形粉;并再次用325目或400目筛在去离子水中进行过筛，取筛上物，得 到粒径大于325目或400目而小于200目的整形粉； (4) 将步骤(3)得到的整形粉进行真空烘干、脱氢处理，即得到所述3D打印用金属粉体。
【文档编号】B22F9/04GK105834437SQ201610323857
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】唐建中
【申请人】唐建中