一种基于喂料打印制备不锈钢零件的方法技术

本发明专利技术属于先进金属材料制备研究领域，特别提供了一种基于喂料打印制备不锈钢零件的方法。该方法采用铁基中间合金与一定量的羰基铁粉均匀混合后得到原料粉末。并将原料粉末与热塑性粘结剂进行捏合、混炼和破碎后得到形状不规则的喂料颗粒，经过筛分后得到所需粒径分布的喂料颗粒，经悬浮整形后将得到高球形度的整形喂料颗粒。采用低温打印，得到具有复杂形状的打印坯体；再经过脱脂和烧结后获得具有复杂形状的316L不锈钢零件。本发明专利技术为具有复杂形状316L不锈钢零件提供了新的思路，具有设计灵活、可以低成本制备单件或小中批量的较大尺寸零件。零件。零件。

【技术实现步骤摘要】
一种基于喂料打印制备不锈钢零件的方法


[0001]本专利技术属于先进金属材料制备研究领域，特别提供了一种基于喂料打印制备不锈钢零件的方法。

技术介绍

[0002]现代工业的发展对零件制备技术的个性化和特异化要求更高。3D打印(增材制造)是当今材料近终成形技术最重要的发展领域，非常适合制备单件或小批量的较大尺寸零件。但目前3D打印技术主要以高能激光或电子束熔融打印为主，工作温度高，打印效率低，大的热应力会导致严重的变形和开裂。其成形过程不仅对设备的要求较高，且制备的产品的微观组织和性能存在各向异性，限制了该技术的推广应用。通过喂料(粉末+粘结剂)打印制备出复杂形状的坯体，然后通过脱脂烧结工艺制备零部件的技术无需大功率的热源，能够制备出较大尺寸的复杂形状零件，并且对原料粉末的粒径和形貌的要求大幅度降低，是一种重要的近终形制造技术。
[0003]不锈钢具有耐酸、碱、盐和体液腐蚀，且成本低，加工硬化性好，故在日常生活和工业生产中有着及其广泛的应用。在众多不锈钢中，316L不锈钢由于具备良好的生物相容性，因而在生物医药领域受到了极大的关注，目前已经在骨科、牙科、心血管等领域获得了应用，同时还经常被应用于各种手术器械和工具。而在工业中，316L不锈钢可以作为重要仪器设备用零件的原材料，如核电管道、精密仪表器件外壳、造纸设备等。
[0004]因此复杂形状的316L不锈钢的先进成形技术一直是国际研究热点。3D打印(增材制造)是当今材料近终成形技术最重要的发展领域，非常适合制备单件或小批量的较大尺寸零件。但目前3D打印技术主要以高能激光或电子束熔融(SLM)打印为主，工作温度高，打印效率低，且无法成形大尺寸零件。其成形过程不仅对设备的要求较高，且制备的产品的微观组织和性能均不稳定性，这极大限制了316L不锈钢的应用推广。本专利技术提供一种基于喂料打印制备不锈钢零件的方法，其成形过程无需使用高能激光或电子束作为能量源，同时也避免了成形过程中反复循环热处理导致的热应力影响零件的微观组织和力学性能，是一种低成本制备单件或小中批量的较大尺寸零件的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在开发一种制备复杂形状316L不锈钢零件方法，制备得到的合金零件具有致密度高，烧结变形小，成品精度高，组织均匀和性能稳定等特征。
[0006]本专利技术首先将铁基中间合金粉和羰基铁粉均匀混合，然后混合粉末与少量粘结剂在一定温度下进行表面处理得到宽粒度分布的喂料，再通过悬浮整形得到球形的喂料颗粒，采用低功率热源对喂料层进行选区扫描，将粉末表面的粘结剂融合，逐层打印后得到三维实体。最后再脱脂、烧结步骤得到最终零件。
[0007]因此，本专利技术提供一种制备复杂形状316L不锈钢零件的方法，所述方法包括如下步骤：a、原料粉末混合：设计熔点为1000
‑
1280℃铁基中间合金，并与一定量的羰基铁粉均
匀混合后得到原料粉末。设计低熔点的铁基中间合金和细粒径的羰基铁粉可以通过粉末本身的高活性和烧结过程中产生的瞬时液相强化烧结过程，以有效解决低温喂料打印坯体密度低，难以获得高致密度零件的问题。b、宽粒度分布喂料颗粒的制备：将步骤a得到的混合粉末与热塑性粘结剂在160
‑
180℃下捏合、混炼处理1
‑
6小时后得到粉末表层覆盖粘结剂的喂料颗粒，破碎后得到形状不规则的且具有宽粒度分布的喂料颗粒。此过程中使用的粘结剂经过特殊设计，需要无毒性且好脱除，且最终要的是使喂料具有一定的韧性，不至于在后续整形过程中过度破碎而不发生球形化。c、喂料颗粒的整形：将步骤b得到的形状不规则的喂料颗粒进行悬浮式整形，利用一定粒度分布的喂料颗粒翻滚产生的较大的压力与摩擦力对喂料颗粒进行表面冲击和摩擦，得到具有一定粒度分布的球形喂料颗粒。经过整形过程得到的喂料具备球形或近球形的外形，具有较高的流动性，方便后续打印成形过程中“铺粉”过程的顺利进行。d、造粒粉末的低温打印：将步骤c得到造粒粉末进行低温打印，得到具有复杂形状的打印坯体。e、复杂形状的打印坯体的脱脂和烧结：将步骤d得到的打印坯体经过脱脂和烧结后获得复杂形状的316L不锈钢零件。
[0008]在一种具体的实施方式中，步骤a中，铁基中间合金粉末的成分为Fe
‑
(21.6
‑
48wt.％)Cr
‑
(16.8
‑
30wt.％)Ni
‑
(3.6
‑
6wt.％)Mo
‑
(0.1
‑
2wt.％)B，优选成分为Fe
‑
(22.5
‑
36wt.％)Cr
‑
(17.5
‑
28wt.％)Ni
‑
(3.75
‑
5wt.％)Mo
‑
(0.3
‑
1wt.％)B。
[0009]在一种具体的实施方式中，步骤a中，铁基中间合金粉的平均粒径为5
‑
53μm，优选10
‑
38μm。
[0010]在一种具体的实施方式中，步骤a中，羰基铁粉的平均粒径为1.6
‑
23μm，优选1.6
‑
13μm。
[0011]在一种具体的实施方式中，步骤a中，羰基铁粉与铁基中间合金粉末的质量比为(0.2
‑
2):1，优选(0.25
‑
1):1。
[0012]在一种具体的实施方式中，步骤b中，粘结剂与混合粉末的质量比为(0.5
‑
3):33。
[0013]在一种具体的实施方式中，步骤b中，热塑性粘结剂基于聚合物的功能基团进行设计，为多组元粘结剂体系，基体组元为热塑性非交联聚合物：包括聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)中的一种或两种的混合物；增韧组元为乙烯
‑
醋酸乙烯酯共聚物(EVA)；粘结剂辅助脱除组元为石蜡(PW)；基体组元的质量分数为50
‑
60％，增塑组元的质量分数为25
‑
35％，粘结剂辅助脱除的含量为10
‑
25％。
[0014]在一种具体的实施方式中，步骤c中，悬浮式整形处理温度为60
‑
120℃，处理时间为12
‑
48小时。
[0015]在一种具体的实施方式中，步骤d中，激光器功率为12
‑
48W，铺粉厚度为75
‑
250μm，扫描速度为400
‑
1200mm/s。
[0016]在一种具体的实施方式中，步骤e中，烧结温度为1200
‑
1360℃，保温时间为1
‑
6小时，气氛为真空或者氩气。
[0017]一种具有复杂形状的316L不锈钢零件，所述具有复杂形状的316L不锈钢零件采用上述的方法制备得到。
[0018]本专利技术的优点：
[0019]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于喂料打印制备不锈钢零件的方法，其特征在于，该方法通过造粒获得由“粉末
‑
粘结剂”组成的球形喂料颗粒，以球形喂料作为粉末床，采用低功率热源对粉层进行选区扫描，将粉末表面的粘结剂融合，逐层打印后得到三维实体；然后进行脱脂和烧结步骤得到具有复杂形状的316L不锈钢零件，所述方法包括如下步骤：S1)将熔点为1000
‑
1280℃的铁基中间合金与一定量的羰基铁粉均匀混合后得到原料粉末；S2)将S1)得到原料粉末与热塑性粘结剂在160
‑
180℃下捏合、混炼处理1
‑
6小时后得到均匀的由“粘结剂+粉末颗粒”组成的喂料，经过破碎后得到形状不规则的喂料颗粒；S3)将S2)得到的形状不规则的喂料颗粒进行悬浮式整形，得到球形喂料颗粒，再采用低温打印，得到具有复杂形状的打印坯体；S4)将S3)得到的具有复杂形状的打印坯体经过脱脂和烧结后获得复杂形状的316L不锈钢零件。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1)中羰基铁粉与铁基中间合金的质量比为0.2
‑
2:1，铁基中间合金平均粒径为5
‑
53μm，羰基铁粉的平均粒径为1.6
‑
23μm。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1)中羰基铁粉与铁基中间合金的质量比为(0.25
‑
1):1，铁基中间合金平均粒径为10
‑
38μm，羰基铁粉的平均粒径为1.6
‑
13μm。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2)中热塑性粘结剂的各个组分的质量分数为：基体组元的质量分数为50
‑
60％，增塑组元的质量分数为25
‑
35％，粘结剂辅助脱除的含量为10
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：章林，张文洁，张百成，刘烨，陈旭，张鹏，曲选辉，秦明礼，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：