一种选择性激光烧结制备的不锈钢致密零件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种选择性激光烧结制备的不锈钢致密零件及其制备方法，该方法首先采用机械干混法或溶剂沉淀法制备热塑性聚合物和不锈钢混合后的复合粉末；然后采用选择性激光烧结技术成形该复合粉末形成预成形坯；最后在真空或气氛保护下进行烧结脱脂和二次烧结的得到不锈钢致密零部件。该工艺制备过程简单，且通过机械干混法或溶剂沉淀法制备的复合粉末混合的均匀，在经过激光烧结烧结过程及后续的脱脂和二次烧结后，使得所制备零件的孔隙变小，致密度提高，进而保证了零件的抗拉强度、定非比例延伸强度和断后伸长率，因此能够批量快速制备复杂形状的致密不锈钢零件，具有重大的应用价值。应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种选择性激光烧结制备的不锈钢致密零件及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属零件的快速成形
，特别涉及一种选择性激光烧结制备的不锈钢致密零件，且还涉及所述不锈钢致密零件的制备方法。

技术介绍

[0002]金属零件的快速成形
中，常采用增材制造技术进行制备，增材制造技术主要根据三维CAD设计零件的数据，然后采用离散材料(液体、粉末、丝)逐层累加制造实体零件。与传统的材料切削和模具成形相比，增材制造是一种自下而上的材料累加的制造技术。其无需刀具、模具及复杂工艺条件，在快速制备复杂结构零件以及制备整体化、轻量化结构零件方面具有独特的优势。
[0003]现有采用增材制造技术制备金属零件的方法主要包括直接法和间接法。直接法制备金属零件主要以选区激光熔化技术(SLM)为代表，其采用大功率光器直接熔化金属粉末，实现零件的制造；间接法则以选区激光烧结技术(SLS)为代表，其通过熔化低熔点的粘结剂把金属粉末粘结在一起形成零件生坯，再通过后续的脱脂、烧结得到金属零件。
[0004]而采用选区激光熔化技术(SLM)制备的零件其内部内应力大，易产生翘曲变形和开裂缺陷，且成形过程需采用大功率激光器(一般在200W以上)，成型效率低，成形设备昂贵，较难大规模推广应用。而选区激光烧结技术(SLS)激光功率低，一般在50W以下，成本低，生产效率高。
[0005]然而，通过选区激光烧结技术(SLS)在制备不锈钢致密零件时，如何控制零件的致密度，同时还要保证零件的抗拉强度、定非比例延伸强度和断后伸长率达到设定要求成为研究者的重要关注方向之一。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题，本专利技术对现有材料进行大量的研究和筛选，其中热塑性聚合物种类繁多且在制备不锈钢致密零件成型过程中可作为粘接剂使用，同时采用机械干混法或溶剂沉淀法将不锈钢粉末和热塑性聚合物粉末混合均匀，且相互之间粘黏性的到提高，使得不锈钢粉末在后续的烧结过程中成型精度高，粘结强度大，便于后续的脱脂和二次烧结。基于此，本专利技术提供一种经选择性激光烧结制备的不锈钢致密零件及其制备方法，该方法首先采用机械干混法或溶剂沉淀法制备热塑性聚合物和不锈钢混合后的复合粉末，混合过程中可以使尺寸更小的热塑性聚合物粉末在粉末状的不锈钢中分布均匀且部分吸附在不锈钢基体材料粉末的表面；然后采用选择性激光烧结技术成形该复合粉末形成预成形坯；最后在真空或气氛保护下进行烧结脱脂和二次烧结的后处理环节得到致密的不锈钢零部件。该工艺制备过程简单，且通过机械干混法或溶剂沉淀法制备的复合粉末混合的更加均匀，在经过激光烧结烧结过程中及后续的脱脂和二次烧结后，使得所制备零件的孔隙变小，致密度提高，进而保证了零件的抗拉强度、定非比例延伸强度和断后伸长率，因此能够批量快速制备复杂形状的致密不锈钢零件，具有重大的应用价值。
[0007]在本专利技术的第一方面，本专利技术提供一种选择性激光烧结制备不锈钢致密零件的方法，其依次包括以下步骤：
[0008](S1)混料：称取质量为m1的不锈钢粉末和质量为m2的热塑性聚合物粉末，通过机械混合干混法或溶剂沉淀法将不锈钢粉末和热塑性聚合物粉末进行混合均匀，获得复合粉末，所述复合粉末中所述不锈钢粉末和所述热塑性聚合物粉末的质量比为100:1～100:6；
[0009](S2)激光烧结：将步骤(S1)获得的复合粉末在SLS成型机中进行选择性激光烧结，获得预成形坯；该预成形坯具有一定形状和强度；
[0010](S3)脱脂：将步骤(S2)获得的预成形坯放入烧结炉中，使所述预成形坯在还原性气氛或真空气氛中进行烧结脱脂，所述预成形坯经烧结脱脂后，继续随炉冷却到室温，室温控制在20～26℃，以获得脱脂预烧坯；
[0011](S4)二次烧结：将步骤(S3)获得的所述脱脂预烧坯再放入烧结炉，使所述脱脂预烧坯在还原性气氛或真空气氛中进行二次烧结，所述脱脂预烧坯经二次烧结后，继续随炉冷却到室温，室温控制在20～26℃，以获得不锈钢致密零件。
[0012]本专利技术方法首先通过机械干混法或溶剂沉淀法将不锈钢粉末与热塑性聚合物粉末按一定配比混合，然后采用选择性激光烧结技术成形该复合粉末，得到具有一定形状和强度的预成形坯；最后通过热脱脂和二次烧结得到致密的不锈钢零件。本专利技术制备方法成本低，可进行大规模制备。本专利技术的脱脂和二次烧结均在氢气(还原性气氛)或者真空气氛下进行，若在氩气(惰性气体)和氮气条件下烧结时容易发生不均匀收缩变形
[0013]优选的，将通过SLS成型机制备的预成形坯放入烧结炉进行脱脂和二次烧结时，充入氢气作为保护气氛。以避免混料过程中原料粉末吸氧氧化。
[0014]优选地，在上述方法中，所述步骤(S1)中所述不锈钢粉末的粒径为10～60μm；所热塑性聚合物粉末的粒径为5～15μm。所述不锈钢粉末的粒径要大于热塑性聚合物粉末的粒径，以使粒径更小的热塑性聚合物粉末更好的吸附在不锈钢粉末的颗粒上。
[0015]优选地，在上述方法中，所述不锈钢粉末的粒径为10～30μm，所述热塑性聚合物粉末为环氧树脂粉末。
[0016]优选地，在上述方法中，所述不锈钢粉末的粒径为10～30μm，所述热塑性聚合物粉末为尼龙12。
[0017]优选地，在上述方法中，所述复合材料粉末中所述不锈钢粉末和所述热塑性聚合物粉末的质量比为100:1～100:2。
[0018]优选地，在上述方法中，所述步骤(S1)中混料采用的的是机械干混法，所述机械干混法包括如下步骤：
[0019](a1)称量：采用电子天平分别称取316L不锈钢粉末和热塑性聚合物粉末；
[0020](a2)混料：把步骤(a1)中的不锈钢粉末和热塑性聚合物粉末混合后的混合粉末置入混料罐中，加入一定比例的不锈钢球，不锈钢球与混合粉末的质量比为2：1，混合 5～10小时；
[0021](a3)筛分：用标准筛筛将步骤(a2)中的不锈钢球和混合粉末筛分开，获得步骤 (S1)中的不锈钢粉末和环氧树脂粉末均匀混合后的复合粉末。
[0022]优选地，在上述方法中，所述步骤(S1)中混料采用的的是溶剂沉淀法，所述溶剂沉淀法包括如下步骤：
[0023](b1)称量：采用电子天平分别称取316L不锈钢粉末和热塑性聚合物粉末；
[0024](b2)溶解：将一定量的所述热塑性聚合物粉末溶解在丙酮溶液中，然后加热丙酮溶液直至所述热塑性聚合物完全溶解后，加入步骤(b1)中的不锈钢粉末；
[0025](b3)搅拌：在步骤(b2)中加热丙酮溶液的同时进行搅拌以使丙酮挥发，待搅拌棒无法接触剩余物料时，剩余物料为不锈钢粉末和环氧树脂以及为挥发完的丙酮的混合物，停止搅拌，接着进行烘干处理直至丙酮挥发完全；
[0026](b4)筛分：将丙酮挥发完全后的物料进行破碎和筛分，选择粒径低于45μm的粉末，即可获得步骤(S1)中的复合粉末。
[0027]通过搅拌至丙酮完全挥发，再把热塑性聚合物和不锈钢混合后的粉末进行破碎，得到不锈钢表面附有一层热塑性聚合物的复本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种选择性激光烧结制备不锈钢致密零件的方法，其特征在于，依次包括以下步骤：(S1)混料：称取质量为m1的不锈钢粉末和质量为m2的热塑性聚合物粉末，通过机械干混法或溶剂沉淀法将不锈钢粉末和热塑性聚合物粉末进行混合均匀，获得复合粉末，所述复合粉末中所述不锈钢粉末和所述热塑性聚合物粉末的质量比为100:1～100:6；(S2)激光烧结：将步骤(S1)获得的复合粉末在SLS成型机中进行选择性激光烧结，获得预成形坯；该预成形坯具有一定形状和强度；(S3)脱脂：将步骤(S2)获得的预成形坯放入烧结炉中，使所述预成形坯在真空气氛或还原性气氛中进行烧结脱脂，所述预成形坯经烧结脱脂后，继续随炉冷却到室温，以获得脱脂预烧坯；(S4)二次烧结：将步骤(S3)获得的所述脱脂预烧坯再放入烧结炉中，使所述脱脂预烧坯在还原性气氛或真空气氛中进行二次烧结，所述脱脂预烧坯经二次烧结后，继续随炉冷却到室温，以获得不锈钢致密零件。2.根据权利要求1所述的选择性激光烧结制备不锈钢致密零件的方法，其特征在于，所述步骤(S1)中所述不锈钢粉末的粒径为10～60μm；所热塑性聚合物粉末的粒径为5～15μm。3.根据权利要求1所述的选择性激光烧结制备不锈钢致密零件的方法，其特征在于，所述不锈钢粉末的粒径为10～30μm，所述热塑性聚合物粉末为环氧树脂粉末。4.根据权利要求1所述的选择性激光烧结制备不锈钢致密零件的方法，其特征在于，所述复合材料粉末中所述不锈钢粉末和所述热塑性聚合物粉末的质量比为100:1～100:6。5.根据权利要求1所述的选择性激光烧结制备不锈钢致密零件的方法，其特征在于，所述步骤(S1)中混料采用的的是机械干混法，所述机械干混法包括如下步骤：(a1)称量：采用电子天平分别称取316L不锈钢粉末和热塑性聚合物粉末；(a2)混料：把步骤(a1)中的不锈钢粉末和热塑性聚合物粉末混合后的混合粉末置入混料罐中，加入一定比例不锈钢球，混合5～10小时；(a3)筛分：用标准筛筛将步骤(a2)中的不锈钢球和混合粉末筛分开，获得步骤(S1)中的不锈钢粉末和环氧树脂粉末均匀混合后的复合粉末。6.根据权利要求1所述的选择性激光烧结制备不锈钢致密零件的方法，其特征在于，所述步骤(S1)中混料采用的的是溶剂沉淀法，所述溶剂沉淀法包括如下步骤：(b1)称量：采用电子天平分别称取316L不锈钢粉末和热塑性聚合物粉末；(b2)溶解：将一定量的所述热塑性聚合物粉末溶解在丙酮溶液中，然后加热丙酮溶液直至所述热塑性聚合物完全溶解后，加入步骤(b1)中的不锈钢粉末；(b3)搅拌：在步骤(b2)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：何新波，朱鹏飞，南景阳，杨冰，陈艺玮，张新毅，
申请(专利权)人：北京科技大学广州新材料研究院，
类型：发明
国别省市：