纳米氧化镧增强钨基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米氧化镧增强钨基复合材料及其制备方法，其中纳米氧化镧增强钨基复合材料是将纯钨粉末和纳米氧化镧粉末混合，得到混合粉末，在所述混合粉末中，所述纳米氧化镧粉末占所述混合粉末的质量分数为0.5％

【技术实现步骤摘要】
纳米氧化镧增强钨基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及3D打印材料
，特别是涉及一种纳米氧化镧增强钨基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]钨是一种高熔点，高硬度的稀有金属，它广泛应用于医疗和军工领域。同时，钨具有着良好的导热性和中子负载能力，以及较低的的溅射产率，可以作为未来的核聚变设备中作为面向等离子体材料和偏滤器材料。但由于钨本身的硬脆性，使其加工成形比较困难。目前主要的加工方式为粉末冶金和金属注射成形。而这些传统加工方式的工艺较复杂，且对于成形零件形状大小有诸多限制。
[0003]增材制造技术，也称为3d打印技术，是一种新兴的快速成形技术。这种技术在近几十年快速发展，其主要实现方式就是首先利用计算机辅助设计软件建立三维模型，并规划激光、电子束等能量源的移动路径；然后根据能量源规划好的路径将粉末粘结或者熔化然后凝固，逐层叠加，堆积成三维实体零件。相较于传统的加工方式，其优势主要体现在：(1)相比于传统的切削，磨削等减材加工方式，增材制造对于材料的利用率更高，可以做到少浪费，甚至零浪费，(2)可以一体化成形，为设计者提供了更大的设计想象空间。(3)成形环节简单，不需要繁琐的工艺流程，一步到位。
[0004]目前来说，钛合金，铝合金，镍合金，不锈钢等金属材料的激光增材制造工艺已经较为成熟，在航空航天，医疗，汽车制造等多种领域得到了广泛的应用。但对于钨材料的激光增材制造来说还有一定的困难，其困难主要是由于钨本身的物理性质决定的。由于钨的韧脆转变温度(180
‑
>400℃)较高，同时高能量激光的作用给钨带来了很大的热应力，导致钨激光3d打印样品很容易出现裂纹等缺陷，影响样品的力学性能。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种纳米氧化镧增强钨基复合材料及其制备方法，其能有效减少3D打印成形钨样品的裂纹等缺陷，并提升钨样品的力学性能。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术的其中一个技术方案是一种纳米氧化镧增强钨基复合材料，将纯钨粉末和纳米氧化镧粉末混合，得到混合粉粉末，在所述混合粉末中，所述纳米氧化镧粉末占所述混合粉末的质量分数为0.5％
‑
2％，将所述混合粉末3D打印成形，获得所述纳米氧化镧增强钨基复合材料。
[0008]优选的，3D打印过程中，用氩气氛围保护，控制氧气含量在0.5％以下。
[0009]优选的，所述纯钨粉末，其粒径范围为5
‑
25μm，形状为球形，纯度在99.9％以上，氧含量在100ppm以下。
[0010]优选的，所述纳米氧化镧粉末，其粒径范围为50
‑
100nm，形状为不规则，纯度在
99.99％以上。
[0011]本专利技术的另一技术方案是一种纳米氧化镧增强钨基复合材料的制备方法，包括：
[0012]步骤1：称取纯钨粉末和纳米氧化镧粉末，并将所述纯钨粉末和所述纳米氧化镧粉末混合得到混合粉末，其中，所述纯钨粉末占所述混合粉末的质量分数为98％
‑
99.5％，所述纳米氧化镧粉末占所述混合粉末的质量百分数为0.5％
‑
2％；
[0013]步骤2：在氩气环境下，将所述混合粉末混合充分，得到充分混合粉末；
[0014]步骤3：将所述步骤2得到的充分混合粉末作为3D打印的材料进行3D打印获得纳米氧化镧增强钨基复合材料。
[0015]优选的，所述步骤1中，所述纯钨粉末，其粒径范围为5
‑
25μm，形状为球形，纯度在99.9％以上，氧含量在100ppm以下。
[0016]优选的，所述步骤1中，所述纳米氧化镧粉末，其粒径范围为50
‑
100nm，形状为不规则，纯度在99.99％以上。
[0017]优选的，所述步骤2：在氩气环境下，将所述混合粉末混合充分，得到充分混合粉末，包括：
[0018]将所述混合粉末放入球磨机中，在所述球磨机中充入氩气保护，并在混合过程中不加入磨球，混合1.5
‑
3.5小时，得到充分混合粉末并将其在真空环境密封保存。
[0019]进一步，所述步骤2中，所述球磨机的电机转速为900r/min
‑
1100r/min，每混合30min空冷10min，重复4次共混合2h。
[0020]优选的，所述步骤3：将所述步骤2得到的充分混合粉末作为3D打印的材料进行3D打印获得纳米氧化镧增强钨基复合材料，包括：
[0021]在计算机中利用CAD软件建立三维模型并利用3D打印切片软件进行切片分层以及能量源路径规划；
[0022]根据所述切片分层以及能量源路径规划以所述步骤2得到的充分混合粉末作为3D打印的材料在氩气环境下进行3D打印获得纳米氧化镧增强钨基复合材料。
[0023]进一步，所述步骤3中，根据所述切片分层以及能量源路径规划以所述步骤2得到的充分混合粉末作为3D打印的材料在氩气环境下进行3D打印获得纳米氧化镧增强钨基复合材料，包括：
[0024]将层厚设定为25μm，在成形腔中放入不锈钢基板，并在粉缸中放入所述步骤2中混合得到的充分混合粉末，在密闭的成形腔中充入氩气；
[0025]根据预设的工艺参数按照所述切片分层以及能量源路径规划进行逐层加工，获得纳米氧化镧增强钨基复合材料，所述预设的工艺参数包括：设定激光功率250W
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350W，扫描速度200mm/s
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400mm/s，扫描间距90
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150μm。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0027]本专利技术中在纯钨粉末中混入0.5％
‑
2％的纳米氧化镧粉末，在优化过的3D打印工艺参数下得到了晶粒尺寸更细，力学性能更好的钨样品。通过研究表明，在优化的工艺参数下，在钨中的氧化镧纳米颗粒的引入，可以作为一种优秀的异质形核剂，为钨在凝固过程中提供了大量的形核点位，同时这些颗粒分布在熔体中可以抑制晶粒长大，起到了细化晶粒的作用。晶粒越细，晶粒受到外力作用下塑性变形越分散，应力集中减小；晶粒越细，晶界面积越大，晶界越曲折，不利于裂纹扩展。同时氧化镧在钨中作为第二相起到了弥散强化的作
用，在发生塑性变形时，位错线受到外力作用在第二相粒子周围发生弯曲，位错通过后在第二相粒子周围形成位错环，增加了其周围的晶格畸变能，增大了位错线阻力，提升了变形抗力。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例1的采用激光3D打印制得的W
‑
0.5％La2O3复合材料样品用光学显微镜观察的内部缺陷图；
[0029]图2为本专利技术实施例1的采用激光3D打印制得的W
‑
0.5％La2O3复合材料样品光学显微镜的显微组织图；
[0030]图3为本专利技术实施例2的采用激光3D打印制得的W
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米氧化镧增强钨基复合材料，其特征在于，将纯钨粉末和纳米氧化镧粉末混合，得到混合粉粉末，在所述混合粉末中，所述纳米氧化镧粉末占所述混合粉末的质量分数为0.5％
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2％，将所述混合粉末3D打印成形，获得所述纳米氧化镧增强钨基复合材料。2.根据权利要求1所述的纳米氧化镧增强钨基复合材料，其特征在于，所述纯钨粉末，其粒径范围为5
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25μm。3.根据权利要求1所述的纳米氧化镧增强钨基复合材料，其特征在于，所述纳米氧化镧粉末，其粒径范围为50
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100nm。4.一种纳米氧化镧增强钨基复合材料的制备方法，其特征在于，包括：步骤1：称取纯钨粉末和纳米氧化镧粉末，并将所述纯钨粉末和所述纳米氧化镧粉末混合得到混合粉末，其中，所述纯钨粉末占所述混合粉末的质量分数为98％
‑
99.5％，所述纳米氧化镧粉末占所述混合粉末的质量百分数为0.5％
‑
2％；步骤2：在氩气环境下，将所述混合粉末混合充分，得到充分混合粉末；步骤3：将所述步骤2得到的充分混合粉末作为3D打印的材料进行3D打印获得纳米氧化镧增强钨基复合材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述纯钨粉末的粒径范围为5
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25μm。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述纳米氧化镧粉末的粒径范围为50
‑
100nm。7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2：在氩气环境下，将所述混合粉末混合充分，得到充分混...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪丽娜，魏申雨，吴文杰，马红林，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：