CN107081432A - 一种熔融矿渣‑金属直接粉末化制备3d打印原材料的方法 - Google Patents

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邵兵
朱长胜
李成才
徐征
柳金强
杜光辉
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    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
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Abstract

本发明公开了一种熔融矿渣‑金属直接粉末化制备3D打印原材料的方法，本发明将熔融矿渣经稀土尾矿、石英砂配制的复合调质剂处理后与金属熔液混合后用气雾化法制备成了金属‑熔融矿渣复合粉体，在制备过程中金属与矿渣中的SiO2、CaO等成分反应，生成金属及其氧化物的原位复合晶体结构，达到显著的增强效果，大幅度的提高了材料的力学效果，制得的复合粉体形态分布均匀，既具有矿渣粉的抗腐蚀、耐温性能，又具有金属粉体独特的弹性和韧性，产品综合强度高、分散性好，进一步降低了3D打印材料的生产成本，实现了矿渣的直接、高效、高值化利用，其作为3D打印材料具有独特的表现力，具有广阔的应用空间。

Description

一种熔融矿渣-金属直接粉末化制备3D打印原材料的方法
技术领域
本发明涉及一种熔融矿渣-金属直接粉末化制备3D打印原材料的方法。
背景技术
3D打印是根据所设计的3D模型，通过3D打印设备逐层增加材料来制造三维产品的技术，综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多领域的前沿技术，是一种快速成型技术，被誉为“第三次工业革命”的核心技术，在国内外受到越来越广泛的关注，将成为下一个具有广阔发展前景的朝阳产业。在3D打印技术中，3D打印材料是重要的物质基础，是呈现打印效果的平台，目前使用的3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等，形态也有粉末状、丝状、层片状、液体状等等。然而目前市场3D打印材料的生产形势却并不乐观，很多材料都依赖进口，价格高，导致3D打印成品偏高，制约着产业的发展。
高炉矿渣是钢铁行业产生的一种主要废弃物，同时也是一种宝贵的可回收可回收利用的资源，工业上常将矿渣从1450℃骤冷，而后作为原料应用于水泥、混凝土这些价值相对较低的产品中，这种处理过程是对矿渣显热的巨大损失，且处理过程中对空气、水都会造成二次污染，急需开拓更为节能高值的利用手段。有些研究者已经开始将矿渣用于制备3D打印材料。中国专利公开号CN103819133A公开了一种利用矿渣微粉作为3D打印原材料的应用，将矿渣微粉与环氧树脂混合作为3D打印原材料，降低了3D打印的成本，实现了矿渣的高值利用，但是它只是利用矿渣微粉，并没有实现熔融矿渣的直接利用。
发明内容
本发明为了弥补已有技术的缺陷，提供一种熔融矿渣-金属直接粉末化制备3D打印原材料的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种熔融矿渣-金属直接粉末化制备3D打印原材料的方法，包括以下步骤：
（1）先将金属原料输送于熔融炉中，温度设定为1450-1650℃，待金属完全熔融后保温备用；
（2）将熔融态高炉矿渣直接引入调质炉中，加入调质剂调质处理10-15min后将熔料经进料口引入步骤（1）的熔融炉中，同时开启搅拌装置，添加完毕后保温搅拌10-15min后料液引入雾化设备进行雾化处理，冷却至常温后集粉，即得所述的3D打印原材料。
所述的步骤（1）中的金属原料为铝基合金、钛基合金、镍基合金或铁基合金中的一种。
所述的步骤（2）中的调质剂是由0.1-0.2%稀土尾矿、余量的石英砂混合粉碎后过300-600目筛得到的粉体。
所述的步骤（2）中的调质剂与熔融炉渣的重量比为0.1-0.5:1。
所述的步骤（2）中的调质后的熔融高炉炉渣是以1-2m/s的速度经进料口送入熔融炉中。
所述的步骤（2）中的雾化处理中高压空气的压力为0.2-0.5MPa。
所述的金属熔液与熔融态高炉矿渣的体积比为0.1-0.5:1。
本发明将熔融矿渣经稀土尾矿、石英砂配制的复合调质剂处理后与金属熔液混合，复合浆液用气雾化法制备成了金属-熔融矿渣复合粉体，在制备过程中金属与矿渣中的SiO2、CaO等成分反应，生成金属及其氧化物的原位复合晶体结构，达到显著的增强效果，大幅度的提高了材料的力学效果，制得的复合粉体形态分布均匀，既具有矿渣粉的抗腐蚀、耐温性能，又具有金属粉体独特的弹性和韧性，产品综合强度高、分散性好，进一步降低了3D打印材料的生产成本，实现了矿渣的直接、高效、高值化利用，其作为3D打印材料具有独特的表现力，具有广阔的应用空间。
具体实施方式
一种熔融矿渣金属直接粉末化制备3D打印原材料的方法，包括以下步骤：
（1）先将铝基合金输送于熔融炉中，温度设定为1450℃，待金属完全熔融后保温备用；
（2）将熔融态高炉矿渣直接引入调质炉中，加入调质剂调质处理10min后将熔料以1m/s的速度经进料口引入步骤（1）的熔融炉中，同时开启搅拌装置，添加完毕后保温搅拌10min后料液引入雾化设备进行雾化处理，冷却至常温后集粉，即得所述的3D打印原材料。
其中调质剂是由0.1%稀土尾矿、余量的石英砂混合粉碎后过300目筛得到的粉体，其与熔融炉渣的重量比为0.1:1。
其中步骤（2）中所述的雾化处理中高压空气的压力为0.2MPa。
其中金属熔液与熔融态高炉矿渣的体积比为0.1:1。

Claims (7)

1.一种熔融矿渣-金属直接粉末化制备3D打印原材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）先将金属原料输送于熔融炉中，温度设定为1450-1650℃，待金属完全熔融后保温备用；
（2）将熔融态高炉矿渣直接引入调质炉中，加入调质剂调质处理10-15min后将熔料经进料口引入步骤（1）的熔融炉中，同时开启搅拌装置，添加完毕后保温搅拌10-15min后料液引入雾化设备进行雾化处理，冷却至常温后集粉，即得所述的3D打印原材料。
2.如权利要求1所述的一种熔融矿渣-金属直接粉末化制备3D打印原材料的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的金属原料为铝基合金、钛基合金、镍基合金或铁基合金中的一种。
3.如权利要求1所述的一种熔融矿渣-金属直接粉末化制备3D打印原材料的方法，其特征在于，步骤（2）中所述的调质剂是由0.1-0.2%稀土尾矿、余量的石英砂混合粉碎后过300-600目筛得到的粉体。
4.如权利要求1所述的一种熔融矿渣-金属直接粉末化制备3D打印原材料的方法，其特征在于，步骤（2）中所述的调质剂与熔融炉渣的重量比为0.1-0.5:1。
5.如权利要求1所述的一种熔融矿渣-金属直接粉末化制备3D打印原材料的方法，其特征在于，步骤（2）中所述的调质后的熔融高炉炉渣是以1-2m/s的速度经进料口送入熔融炉中。
6.如权利要求1所述的一种熔融矿渣-金属直接粉末化制备3D打印原材料的方法，其特征在于，步骤（2）中所述的雾化处理中高压空气的压力为0.2-0.5MPa。
7.如权利要求1所述的一种熔融矿渣-金属直接粉末化制备3D打印原材料的方法，其特征在于，所述的金属熔液与熔融态高炉矿渣的体积比为0.1-0.5:1。
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