CN106694870A - 改性3d打印超微铝合金粉末及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性3D打印超微铝合金粉末及其制备方法，改性粉末包括铝合金粉95～99.5、氟铝酸铯0.25～5、氟铝酸钾0.25～5；铝合金粉的粒径为10‑50μm、含氧量＜500ppm。制备方法包括以下步骤：A、气雾化制备铝合金粉，得到粒径为10‑50μm、含氧量＜500ppm的铝合金粉；B、称取铝合金粉、氟铝酸铯和氟铝酸钾，其重量份数为铝合金粉95～99.5、氟铝酸铯0.25～5、氟铝酸钾0.25～5；C、将氟铝酸铯和氟铝酸钾放入铝合金粉中，干混20‑100min后得到改性3D打印超微铝合金粉末，本发明减少铝合金粉反射、使得打印时烧结均匀彻底，打印产品质量高。

Description

改性3D打印超微铝合金粉末及其制备方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，涉及一种3D打印材料及其制备方法，尤其涉及一种改性3D打印超微铝合金粉末及其制备方法，适用于金属激光选区烧结法3D打印。
背景技术
3D打印技术中，激光选区烧结法(SLS)是采用红外激光器作能源，粉末材料作为打印造型材料的一种方法。打印加工时，首先将粉末预热到一定的温度，然后在刮平器的作用下将粉末铺平；激光束在计算机控制下根据分层截面信息进行有选择地烧结，一层完成后再进行下一层烧结，全部烧结完后去掉多余的粉末，则就可以得到一烧结好的零件。SLS技术可使用的材料包括聚合物材料(如尼龙或聚苯乙烯)、金属材料(如铝、钢、钛、合金的混合物)、复合材料等。
目前在使用铝合金粉进行金属激光烧结3D打印时，系统控制激光束往平铺的铝合金粉上发射，由于铝自身的高反射性，部分激光被铝合金粉反射，这直接导致铝合金粉对激光吸收不充分，从而造成铝合金粉烧结不均匀或烧结不彻底等缺陷，影响产品的最终质量，造成材料的浪费、能源的浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种减少铝合金粉反射、使得打印时烧结均匀彻底，打印产品质量高的改性3D打印超微铝合金粉末。
本发明进一步要解决的技术问题在于，提供一种工艺简单、操作方便的改性3D打印超微铝合金粉末制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种改性3D打印超微铝合金粉末，包括以下重量份数的材料：铝合金粉95～99.5、氟铝酸铯0.25～5、氟铝酸钾0.25～5；
所述铝合金粉的粒径为10-50μm、含氧量＜500ppm。
所述的改性3D打印超微铝合金粉末中，优选所述铝合金粉为AlSi12或AlSi10Mg，其中硅含量为7-13wt％。
一种改性3D打印超微铝合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
A、气雾化制备铝合金粉，得到粒径为10-50μm、含氧量＜500ppm的铝合金粉；
B、称取铝合金粉、氟铝酸铯和氟铝酸钾，其重量份数为铝合金粉95～99.5、氟铝酸铯0.25～5、氟铝酸钾0.25～5；
C、将氟铝酸铯和氟铝酸钾放入铝合金粉中，干混20-100min后得到改性3D打印超微铝合金粉末。
所述的改性3D打印超微铝合金粉末的制备方法中，优选所述步骤A中，气雾化包括以下子步骤：
A1、在氮气保护下熔炼铝合金材料，得到铝合金液体；
A2、通入氮气，高压雾化铝合金液体，得到铝合金粉。
所述的改性3D打印超微铝合金粉末的制备方法中，优选所述步骤A2中，高压雾化压力为1.5-2.5MPa。
本发明的3D打印超微铝合金粉末中，以铝合金粉为主要材料，增加氟铝酸钾和氟铝酸铯，激光选区烧结时，氟铝酸钾和氟铝酸铯受热分解产生氟氢化物，这种物质能够与氧化铝反应，清除铝合金粉表面的氧化物，并保护铝合金粉免于氧化，并通过自身的润湿作用，对铝合金粉润湿和铺展，更利于烧结的进行，弥补铝合金粉本身反射光源的缺陷，提高了3D打印产品的抗拉强度。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现详细说明本发明的具体实施方式。
一种改性3D打印超微铝合金粉末，包括以下重量份数的材料：铝合金粉95～99.5、氟铝酸铯0.25～5、氟铝酸钾0.25～5；
所述铝合金粉的粒径为10-50μm、含氧量＜500ppm。
所述的改性3D打印超微铝合金粉末中，优选所述铝合金粉为AlSi12或AlSi10Mg，其中硅含量为7-13wt％。
一种改性3D打印超微铝合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
A、气雾化制备铝合金粉，得到粒径为10-50μm、含氧量＜500ppm的铝合金粉；
B、称取铝合金粉、氟铝酸铯和氟铝酸钾，其重量份数为铝合金粉95～99.5、氟铝酸铯0.25～5、氟铝酸钾0.25～5；
C、将氟铝酸铯和氟铝酸钾放入铝合金粉中，干混20-100min后得到改性3D打印超微铝合金粉末。
所述的改性3D打印超微铝合金粉末的制备方法中，优选所述步骤A中，气雾化包括以下子步骤：
A1、在氮气保护下熔炼铝合金材料，得到铝合金液体；
A2、通入氮气，高压雾化铝合金液体，得到铝合金粉。
所述的改性3D打印超微铝合金粉末的制备方法中，优选所述步骤A2中，高压雾化压力为1.5-2.5MPa。
以下以具体实施例进行详细说明：
实施例1，一种改性3D打印超微铝合金粉末，包括以下重量份数材料：铝合金粉95、氟铝酸铯5、氟铝酸钾5；
所述铝合金粉为AlSi12，其中硅含量为10wt％。所述铝合金粉的粒径为20-40μm、含氧量＜500ppm。
一种改性3D打印超微铝合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
A、气雾化制备铝合金粉，得到粒径为20-40μm、含氧量＜500ppm的铝合金粉；
其中，气雾化包括：
A1、抽真空后充氮气，在微正压氮气保护下熔炼铝合金材料AlSi12，得到铝合金液体；
A2、通入氮气，高压雾化铝合金液体，得到铝合金粉，其中高压雾化压力为2.5MPa。
B、称取铝合金粉、氟铝酸铯和氟铝酸钾，铝合金粉28.5kg、氟铝酸铯1.5kg、氟铝酸钾1.5kg(重量份数分别为：铝合金粉95、氟铝酸铯5、氟铝酸钾5)；
C、将氟铝酸铯和氟铝酸钾放入铝合金粉中，干混40min后得到改性3D打印超微铝合金粉末。
实施例2，一种改性3D打印超微铝合金粉末，包括以下重量份数的材料：铝合金粉97、氟铝酸铯1、氟铝酸钾2；
所述铝合金粉为AlSi12，其中硅含量为7wt％。所述铝合金粉的粒径为10-40μm、含氧量＜500ppm。
一种改性3D打印超微铝合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
A、气雾化制备铝合金粉，得到粒径为10-40μm、含氧量＜500ppm的铝合金粉；
其中，气雾化包括：
A1、抽真空后充氮气，在微正压氮气保护下熔炼铝合金材料AlSi12，得到铝合金液体；
A2、通入氮气，高压雾化铝合金液体，得到铝合金粉，其中高压雾化压力为1.5MPa。
B、称取铝合金粉、氟铝酸铯和氟铝酸钾，铝合金粉29.1kg、氟铝酸铯0.3kg、氟铝酸钾0.6kg(其重量份数为铝合金粉97、氟铝酸铯1、氟铝酸钾2)；
C、将氟铝酸铯和氟铝酸钾放入铝合金粉中，干混20min后得到改性3D打印超微铝合金粉末。
实施例3，一种改性3D打印超微铝合金粉末，包括以下重量份数的材料：铝合金粉99、氟铝酸铯0.5、氟铝酸钾0.5；
所述铝合金粉为AlSi10Mg，其中硅含量为13wt％。所述铝合金粉的粒径为30-50μm、含氧量＜500ppm。
一种改性3D打印超微铝合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
A、气雾化制备铝合金粉，得到粒径为30-50μm、含氧量＜500ppm的铝合金粉；
其中，气雾化包括：
A1、抽真空后充氮气，在微正压氮气保护下熔炼铝合金材料AlSi10Mg，得到铝合金液体；
A2、通入氮气，高压雾化铝合金液体，得到铝合金粉，其中高压雾化压力为2MPa。
B、称取铝合金粉、氟铝酸铯和氟铝酸钾，铝合金粉29.7kg、氟铝酸铯0.15kg、氟铝酸钾0.15kg(其重量份数为铝合金粉99、氟铝酸铯0.5、氟铝酸钾0.5)；
C、将氟铝酸铯和氟铝酸钾放入铝合金粉中，干混100min后得到改性3D打印超微铝合金粉末。
实施例4，一种改性3D打印超微铝合金粉末，包括以下重量份数的材料：铝合金粉99.5、氟铝酸铯0.25、氟铝酸钾0.25；
所述铝合金粉为AlSi10Mg，其中硅含量为12wt％。所述铝合金粉的粒径为10-40μm、含氧量＜500ppm。
一种改性3D打印超微铝合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
A、气雾化制备铝合金粉，得到粒径为10-40μm、含氧量＜500ppm的铝合金粉；
其中，气雾化包括：
A1、抽真空后充氮气，在微正压氮气保护下熔炼铝合金材料AlSi10Mg，得到铝合金液体；
A2、通入氮气，高压雾化铝合金液体，得到铝合金粉，其中高压雾化压力为1.7MPa。
B、称取铝合金粉、氟铝酸铯和氟铝酸钾，铝合金粉29.85kg、氟铝酸铯0.075kg、氟铝酸钾0.075kg(其重量份数为铝合金粉99.5、氟铝酸铯0.25、氟铝酸钾0.25)；
C、将氟铝酸铯和氟铝酸钾放入铝合金粉中，干混60min后得到改性3D打印超微铝合金粉末。
对比试验：
1、原料：采用实施例1-4的材料，对比例采用铝合金粉(硅含量分别为10wt％、7wt％、13wt％、12wt％)。
2、3D打印试验：采用相同参数对上述不同原料进行打印，得到打印产品，对打印产品进行抗拉强度试验。
抗拉强度试验：采用GB/T 228-2010标准，室温条件下测得，结果如下：
铝合金粉 氟铝酸铯 氟铝酸钾 抗拉强度 延伸率
实施例1 28.5kg 1.5kg 1.5kg 332MPa 15.7％
对比例1 28.5kg 0 0 290MPa 12.2％
实施例2 29.1kg 0.3kg 0.6kg 342MPa 15.9％
对比例2 29.1kg 0 0 287MPa 11.4％
实施例3 29.7kg 0.15kg 0.15kg 334MPa 15.0％
对比例3 29.7kg 0 0 285MPa 12.1％
实施例4 29.85kg 0.075kg 0.075kg 310MPa 14.8％
对比例4 29.85kg 0 0 290MPa 11.3％
从上表可以看出：通过在铝合金粉中添加氟铝酸铯、氟铝酸钾，大大提高了3D打印产品的抗拉强度，延伸率也相应有提高，从整体上提高了3D打印产品质量。

Claims (5)

1.一种改性3D打印超微铝合金粉末，其特征在于，包括以下重量份数的材料：铝合金粉95～99.5、氟铝酸铯0.25～5、氟铝酸钾0.25～5；
所述铝合金粉的粒径为10-50μm、含氧量＜500ppm。
2.根据权利要求1所述的改性3D打印超微铝合金粉末，其特征在于，所述铝合金粉为AlSi12或AlSi10Mg，其中硅含量为7-13wt％。
3.一种改性3D打印超微铝合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、气雾化制备铝合金粉，得到粒径为10-50μm、含氧量＜500ppm的铝合金粉；
B、称取铝合金粉、氟铝酸铯和氟铝酸钾，其重量份数为铝合金粉95～99.5、氟铝酸铯0.25～5、氟铝酸钾0.25～5；
C、将氟铝酸铯和氟铝酸钾放入铝合金粉中，干混20-100min后得到改性3D打印超微铝合金粉末。
4.根据权利要求3所述的改性3D打印超微铝合金粉末的制备方法，其特征在于，步骤A中，气雾化包括以下子步骤：
A1、在氮气保护下熔炼铝合金材料，得到铝合金液体；
A2、通入氮气，高压雾化铝合金液体，得到铝合金粉。
5.根据权利要求4所述的改性3D打印超微铝合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤A2中，高压雾化压力为1.5-2.5MPa。
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