一种用不规则粉末3D打印铜及铜合金的方法技术

本发明专利技术公开了一种用不规则粉末3D打印铜及铜合金的方法，包括以下步骤：S1、混粉；S2、烘干；S3、3D打印；S4、热处理；S5、混合粉末回用，S5

【技术实现步骤摘要】
一种用不规则粉末3D打印铜及铜合金的方法


[0001]本专利技术涉及3D打印铜合金
，具体是涉及一种用不规则粉末3D打印铜及铜合金的方法。

技术介绍

[0002]目前，3D打印技术在很多领域都应用广泛，一般使用球形铜粉进行3D打印铜及铜合金，但在2021年初国内球形铜粉的价格已经增至国内普通铜粉的2
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3倍，国外球形铜粉的价格是国内普通铜粉的10
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15倍，这种价格加大了试验成本和产品推广难度。新技术的更迭规律一般都是高能低耗、物美价廉，3D打印技术可以加工任意形状的零件，原材料利用率在95%以上，成型件的各项指标也都优于传统技术，完全满足高能低耗、物美的特点，因此降低成本必然是3D打印不可阻挡的发展趋势。
[0003]现阶段国内的球形铜粉氧含量过高，无法满足打印使用要求，国外的球形粉末质量高但由于供货周期长，产量无法保证，所以就需要开发利用现有通用氧含量合格的不规则粉末。在打印过程中工件打印域之外的大量粉末并没有被烧结，是对工件起支撑作用，打印完成之后这部分粉末可以进行回收再利用。但是由于在整个打印过程中的温度较高，未打印的粉末长时间保持在这种高温的环境之下性能会发生变化，粉末性能的变化必然会导致成形件性能的改变，从而限制了未打印粉末的回用次数，这对于降低成本也是不利的。
[0004]专利CN109759589A公布了一种纯铜3D打印增材制造方法，该专利主要保护对象是打印加工过程，目的是加工出性能优良的复杂铜件；没有说明使用粉末的形貌和粒度，不注重原材料成本管控，主要通过复杂件免模具降低成本；专利CN106623953A公布了一种用于3D打印低反射率球形铜粉的制备方法，该专利是将球形铜粉通过先氧化再还原的方式增加粉末表面的粗糙度，在不影响粉末流动性的前提下降低铜粉的反射率以达到增强激光吸收率的效果；使用原材料还是球形铜粉，成本高昂；专利CN109332699A公布了一种黄铜合金粉末大功率激光3D打印方法，该专利是用一种类似激光熔覆的方式进行快速铜合金件打印，与专利CN109759589A一样，主要保护对象为打印过程，没有说明使用粉末的形貌和粒度，不注重原材料成本管控，且二者都是描述一种成分的铜合金3D打印及加工方法，主要目的在于生产复杂零件，降低成本的方式集中于免除模具费用；专利CN106623953A公布了一种用于3D打印低反射率球形铜粉的制备方法，主要在于描述对球形铜粉的形貌改良，由于工序添加一定程度上反而增加了原材料成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对上述存在的问题提出了一种用不规则粉末3D打印铜及铜合金的方法。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种用不规则粉末3D打印铜及铜合金的方法，包括以下步骤：S1、混粉：通过多级气雾化制粉得到铜粉和金属添加粉末，筛分选取粒度≤70μm的铜粉和粒度＜50μm的金属添加粉末混合，得到混合粉末，其中，所述铜粉的质量百分比为
50
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100wt%，所述金属添加粉末的质量百分比为0
‑
50wt%；S2、烘干：将混合粉末在常温下装炉，预抽真空至小于0.1MPa后开始加热，烘干温度为80
‑
160℃，烘干时间为2
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8h，全程抽真空；S3、3D打印：将烘干后的混合粉末加入选区激光熔化粉仓，并用冰刀插实备用，使用刚性基板和刮刀打印，打印过程中使用保护气保护，送粉气流量为10
‑
30L/min，保护气流量为20
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50L/min，扫描功率为150
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400W，激光移动的线速度为500
‑
2000m/s，单层打印厚度为0.03
‑
0.06mm；S4、热处理：将打印好的样品进行热处理，固溶温度为600
‑
850℃，保温2
‑
6h，时效温度为300
‑
550℃，保温3
‑
8h，将处理之后的样品包装收录；S5、混合粉末回用：S5
‑
1、回收筛分：将3D打印后的废弃混合粉末回收并通过分级过筛筛分，得到200目
‑
300目的较大颗粒粉末和300目
‑
400目的较小颗粒粉末；S5
‑
2、加工处理：将所述较大颗粒粉末装入气氛保护球磨机中进行球磨处理，球料比为1:2
‑
1:4，抽真空至小于2pa，再充入保护气至0.1
‑
0.3MPa，球磨时间为1
‑
2h，得到大颗粒回用粉末；将所述较小颗粒粉末置于清洗液中进行侵蚀活化处理，处理时间为1.5
‑
2h，得到小颗粒回用粉末；S5
‑
3、复配：将未打印的混合粉末与加工处理后的回用粉末进行复配，其中，以质量百分比计混合粉末为50wt%，大颗粒回用粉末为20
‑
30wt%，小颗粒回用粉末为20
‑
30wt%，得到一次回用混合粉末，重复上述S3、S4的步骤并循环5
‑
10次。
[0007]进一步地，所述步骤S1中多级气雾化制粉具体包括以下步骤：S1
‑
1、熔炼：将铜或金属添加物在真空条件下熔化，温度调节为1600℃，温差控制在
±
5℃，抽至真空，再充入氩气至0.1
‑
0.2MPa，熔炼时间为2
‑
4h，得到铜熔体或金属熔体；S1
‑
2、气雾化：将铜熔体或金属熔体使用双层自由下落式雾化喷嘴进行气雾化，所用气体为高纯氩氢混合气，以低压自由下落式气雾化的方式将铜熔体或金属熔体进行初级破碎形成较粗的铜熔滴或金属熔滴，并对反应后出气口处的氩氢混合气进行干燥回收和氩氢分离，其中，雾化气压包括脉冲形式的主雾化气压和连续的辅助雾化气压；S1
‑
3、旋转盘离心雾化：将铜熔滴或金属熔滴喷射到离心旋转盘的一侧，流速为100
‑
150g/s，在旋转盘转动的作用下形成一层薄而均匀的流动液膜，并在旋转盘的另一侧添加冷却液，流速为30g/s，旋转盘的直径为80mm，转速为300r/min。通过使用多级雾化制粉的方式代替了球磨的过程，能够提高制粉效率，对球形度要求不高的不规则粉末制取更加高效且性能优异，使金属熔体分散以利于其在旋转盘上形成一层薄而均匀的流动液膜，并且能够将液膜完整铺展在转动盘上。
[0008]进一步地，所述步骤S1中金属添加粉末为铁、铬、钛、钨、铝、锆中的一种或几种，单质纯度在95%以上，在实际生产中，可以根据制备的合金选择需要的金属单质组合。
[0009]进一步地，所述步骤S1中混合粉末的球形度为5
‑
10%，对球形度要求不高为不规则粉末。
[0010]更进一步地，所述步骤S1
‑
2中主雾化气压为5
‑
8MPa，脉冲频率为30
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50HZ，脉冲宽度为20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用不规则粉末3D打印铜及铜合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、混粉：通过多级气雾化制粉得到铜粉和金属添加粉末，筛分选取粒度≤70μm的铜粉和粒度＜50μm的金属添加粉末混合，得到混合粉末，其中，所述铜粉的质量百分比为50
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100wt%，所述金属添加粉末的质量百分比为0
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50wt%；S2、烘干：将混合粉末在常温下装炉，预抽真空至小于0.1MPa后开始加热，烘干温度为80
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160℃，烘干时间为2
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8h，全程抽真空；S3、3D打印：将烘干后的混合粉末加入选区激光熔化粉仓，并用冰刀插实备用，使用刚性基板和刮刀打印，打印过程中使用保护气保护，送粉气流量为10
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30L/min，保护气流量为20
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50L/min，扫描功率为150
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400W，激光移动的线速度为500
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2000m/s，单层打印厚度为0.03
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0.06mm；S4、热处理：将打印好的样品进行热处理，固溶温度为600
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850℃，保温2
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6h，时效温度为300
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550℃，保温3
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8h，将处理之后的样品包装收录；S5、混合粉末回用：S5
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1、回收筛分：将3D打印后的废弃混合粉末回收并通过分级过筛筛分，得到200目
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300目的较大颗粒粉末和300目
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400目的较小颗粒粉末；S5
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2、加工处理：将所述较大颗粒粉末装入气氛保护球磨机中进行球磨处理，球料比为1:2
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1:4，抽真空至小于2pa，再充入保护气至0.1
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0.3MPa，球磨时间为1
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2h，得到大颗粒回用粉末；将所述较小颗粒粉末置于清洗液中进行侵蚀活化处理，处理时间为1.5
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2h，得到小颗粒回用粉末；S5
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3、复配：将未打印的混合粉末与加工处理后的回用粉末进行复配，其中，以质量百分比计混合粉末为50wt%，大颗粒回用粉末为20
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30wt%，小颗粒回用粉末为20
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30wt%，得到一次回用混合粉末，重复上述S3、S4的步骤并循环5
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10次。2.根据权利要求1所述的一种用不规则粉末3D打印铜及铜合金的方法，其特征在于，所述步骤S1中多级气雾化制粉具体包括以下步骤：S1
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1、熔炼：将铜或金属添加物在真空条件下熔化，温度调节为1600℃，温差控制在
±
5℃，抽至真空，再充入氩气至0.1
‑
0.2MPa，熔炼时间为2
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【专利技术属性】
技术研发人员：姚培建，刘凯，王文斌，李鹏，王小军，张石松，武旭红，师晓云，屈晓鹏，吉德胜，
申请(专利权)人：陕西斯瑞新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：