CN107442778A - 一种3D打印用Fe基非晶粉末及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D打印用Fe基非晶粉末，包括如下重量百分比的化学成分：39～45％Fe、20～26％Cr、29％Mo、4％C和2％B。还公开了其制备方法，包括：(1)按照所需制备的Fe基非晶粉末的化学成分重量百分比称取相应原材料：Fe、Cr、Mo、C和FeB；(2)将称取的原材料Fe、Cr、FeB以及40～60％重量的C加入已预热的坩埚熔炉内，对熔炉进行升温熔炼；(3)待加入的原材料全部熔清后，加入剩余重量的C以及Mo，对熔炉继续升温熔炼；(4)待原材料全部熔清后，开始雾化、干燥、筛分，即得3D打印用Fe基非晶粉末。本发明制备方法步骤简单，得到的非晶粉末球形度好，利用率高，适合于3D打印用，为Fe基非晶粉末在3D打印技术中的应用起到良好的推动作用。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种3D打印用Fe基非晶粉末及其制备方法。
背景技术
非晶态合金，也称为金属玻璃(Metallic glasses)，是原子排列为长程无序短程有序的合金。与传统的晶体合金相比，非晶态合金没有长程有序的结构，其原子排列不具有晶态合金的周期性。同时，由于非晶合金“遗传”了液态原子的结构排列特征，因此不具有空位、位错、滑移等晶体合金中存在的组织和缺陷特征。非晶合金的特殊结构使其具备特殊的力学性能、磁学性能、电性能和耐蚀性能等物理和化学性质。非晶合金优异的性能使其具有广泛的应用前景，有望应用于航空航天、精密机械、信息、化工、能源、军事、医疗、体育器械等诸多领域。
其中，Fe基非晶合金具有优异的物理性能、软磁性能和力学性能，特别是优良的耐腐蚀性能。由于临界冷却速率的限制，Fe基非晶合金一般只能获得很薄或很细的片、丝和粉末状材料，厚度或直径只有数微米，大大限制了其应用范围。
3D打印技术可以实现快速加热、快速冷却，并且能够制备各种复杂零部件。本发明就是在此基础上，要创设一种新的Fe基非晶粉末及其制备方法，使其能应用于3D打印，扩大非晶粉末的应用范围。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种3D打印用Fe基非晶粉末，使其适用于3D打印应用，扩大其应用范围，从而克服现有的Fe基非晶粉末的不足。
为解决上述技术问题，本发明提供一种3D打印用Fe基非晶粉末，所述Fe基非晶粉末包括如下重量百分比的化学成分：39～45％Fe、20～26％Cr、29％Mo、4％C和2％B。
具体的，所述Fe基非晶粉末包括如下重量百分比的化学成分：39％Fe、26％Cr、29％Mo、4％C和2％B。
所述Fe基非晶粉末包括如下重量百分比的化学成分：45％Fe、20％Cr、29％Mo、4％C和2％B。
所述Fe基非晶粉末为粒径15～53μm的球形。
本发明还提供一种上述3D打印用Fe基非晶粉末的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)按照所述化学成分重量百分比称取相应重量的原材料：Fe、Cr、Mo、C和FeB，其中FeB中含B的重量百分比为18.5％，含Fe的重量百分比为81.5％；
(2)将步骤(1)称取的原材料Fe、Cr、FeB以及40～60％重量的C加入已预热的坩埚熔炉内，对熔炉进行升温熔炼；
(3)待加入的原材料全部熔清后，加入剩余重量的C以及Mo，对熔炉继续升温熔炼；
(4)待原材料全部熔清后，开始雾化、干燥、筛分，即得所述3D打印用Fe基非晶粉末。
进一步改进，所述步骤(2)中坩埚熔炉的预热步骤为：预热功率30KW，预热时间30min；其中对熔炉进行升温熔炼步骤中熔炉功率提高至65～75KW；所述步骤(3)中对熔炉继续升温熔炼步骤中熔炉功率提高至85～90KW。
进一步改进，所述步骤(3)中对熔炉功率提高至85～90KW时，测试温度为1500℃～1600℃；待原材料全部熔清后，测试温度在1600℃～1650℃。
进一步改进，所述步骤(4)中雾化步骤为：熔炉温度保持1200℃，雾化压力为60MPa，水流量为93L/min，采用漏眼为Φ15mm的金属导流管，雾化时间为3min。
进一步改进，所述步骤(4)的筛分步骤是筛取15～53μm的非晶粉末。
本发明还提供一种3D打印用Fe基非晶粉末的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)按照所需制备的Fe基非晶粉末的化学成分重量百分比称取相应的原材料：Fe、Cr、Mo、C和FeB；
(2)将步骤(1)称取的原材料Fe、Cr、FeB以及40～60％重量的C加入已预热的坩埚熔炉内，对熔炉进行升温熔炼；
(3)待加入的原材料全部熔清后，加入剩余重量的C以及Mo，对熔炉继续升温熔炼；
(4)待原材料全部熔清后，开始雾化、干燥、筛分，即得所述3D打印用Fe基非晶粉末。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
本发明制备方法制备得到的Fe基非晶粉末粒径为15～53μm的球形，球形度好，适合于3D打印用，该方法步骤简单，且利用率高，为该Fe基非晶粉末在3D打印技术中的应用起到良好的推动。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
附图1是本发明两种实施例材料的XRD曲线；
附图2是本发明两种实施例材料的DCS曲线；
附图3是本发明化学成分为Fe40Cr20Mo15C15B10的材料的扫描电镜照片；
附图4是本发明化学成分为Fe35Cr25Mo15C15B10的材料的扫描电镜照片。
具体实施方式
本发明3D打印用Fe基非晶粉末，其化学成分为Fe60-xCrxMo15C15B10，其中下标数字代表原子百分比，x取20～25之间(包括20和25)的整数，将各化学元素换算为重量百分比后，各化学成分的重量百分含量为：39～45％Fe、20～26％Cr、29％Mo、4％C和2％B。
具体的，当x取20时，该Fe基非晶粉末的化学成分为Fe40Cr20Mo15C15B10，其重量百分比为：45％Fe、20％Cr、29％Mo、4％C和2％B。
当x取25时，该Fe基非晶粉末的化学成分为Fe35Cr25Mo15C15B10，其重量百分比为：39％Fe、26％Cr、29％Mo、4％C和2％B。
本发明3D打印用Fe基非晶粉末的制备方法采用水雾化，设备采用LD-WA/50型超高压水雾化制粉设备，其具体包括如下步骤：
(1)按照上述待制备非晶粉末具体的化学成分重量百分比称取相应重量的原材料：Fe、Cr、Mo、C和FeB，其中FeB中含B的重量百分比为18.5％，含Fe的重量百分比为81.5％；
(2)将步骤(1)称取的原材料Fe、Cr、FeB以及40～60％重量的C，较优为50％的C，加入已预热的坩埚熔炉内，对熔炉进行升温熔炼，熔炉功率提高至65-75KW；
其中，坩埚熔炉的预热步骤为：预热功率30KW，预热时间30min。
(3)待加入的原材料全部熔清后，加入剩余重量的C以及Mo，对熔炉继续升温熔炼，熔炉功率提高至85-90KW，此时测试温度，应在1500℃～1600℃；
(4)待原材料全部熔清后，再次测温温度，应在1600℃～1650℃，开始雾化、干燥、筛分筛取15～53μm的非晶粉末，即得3D打印用Fe基非晶粉末。
其中雾化步骤为：熔炉温度保持1200℃，雾化压力为60MPa，水流量为93L/min，采用漏眼为Φ15mm的金属导流管，雾化时间为3min。
本发明方法制备的3D打印用Fe基非晶粉末拥有优异的抗氧化性能，其利用率能达83％以上。
该制备方法的具体实施例1为：
(1)称取相应重量的原材料：Fe35.04kg、Cr20.76kg、Mo28.74kg、C3.59kg和FeB11.87kg；
(2)将称取的原材料Fe、Cr、FeB以及1.80kg的C，加入已预热的坩埚熔炉内，对熔炉进行升温熔炼，熔炉功率提高至70KW；
(3)待加入的原材料全部熔清后，加入剩余重量的C以及Mo，对熔炉继续升温熔炼，熔炉功率提高至85KW，此时测试温度为1560℃；
(4)待原材料全部熔清后，再次测试温度为1630℃，根据上述雾化步骤进行雾化、干燥、筛分，即得化学成分为Fe40Cr20Mo15C15B10的Fe基非晶粉末。
该制备方法的具体实施例2为：
(1)称取相应重量的原材料：Fe29.61kg、Cr26.05kg、Mo28.86kg、C3.61kg和FeB11.87kg；
(2)将称取的原材料Fe、Cr、FeB以及1.45kg的C，加入已预热的坩埚熔炉内，对熔炉进行升温熔炼，熔炉功率提高至70KW；
(3)待加入的原材料全部熔清后，加入剩余重量的C以及Mo，对熔炉继续升温熔炼，熔炉功率提高至85KW，此时测试温度为1590℃；
(4)待原材料全部熔清后，再次测试温度为1650℃，根据上述雾化步骤进行雾化、干燥、筛分，即得化学成分为Fe35Cr25Mo15C15B10的Fe基非晶粉末。
选取上述两个实施例制备得到的化学成分为Fe40Cr20Mo15C15B10和化学成分为Fe35Cr25Mo15C15B10的两种Fe基非晶粉末，将其分别绘制X射线衍射(XRD)曲线、DCS曲线，以及扫描电镜照片，对该制备方法制备得到的Fe基非晶粉末进行检验。
结果如附图1至附图4，附图1为该两种材料的XRD曲线，该图中两条曲线均显示只有一个漫散射峰，表面该化学成分为Fe40Cr20Mo15C15B10和化学成分为Fe35Cr25Mo15C15B10的两种Fe基非晶粉末均为非晶相结构。
附图2为该两种材料的DCS曲线，该图中两条曲线都能看到非晶合金材料中特有的Tg和Tx，进一步证明该两种材料均为非晶态结构。
附图3为化学成分为Fe40Cr20Mo15C15B10的材料扫描得到的电镜照片，附图4为化学成分为Fe35Cr25Mo15C15B10的材料扫描得到的电镜照片，从该图3和图4可以看出该两种粉末的球形度，粒度都非常好，适合3D打印用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种3D打印用Fe基非晶粉末，其特征在于，所述Fe基非晶粉末包括如下重量百分比的化学成分：39～45％Fe、20～26％Cr、29％Mo、4％C和2％B。
2.根据权利要求1所述的3D打印用Fe基非晶粉末，其特征在于，所述Fe基非晶粉末包括如下重量百分比的化学成分：39％Fe、26％Cr、29％Mo、4％C和2％B。
3.根据权利要求1所述的3D打印用Fe基非晶粉末，其特征在于，所述Fe基非晶粉末包括如下重量百分比的化学成分：45％Fe、20％Cr、29％Mo、4％C和2％B。
4.根据权利要求1至3任一项所述的3D打印用Fe基非晶粉末，其特征在于，所述Fe基非晶粉末为粒径15～53μm的球形。
5.一种权利要求1至4任一项所述的3D打印用Fe基非晶粉末的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)按照所述化学成分重量百分比称取相应重量的原材料：Fe、Cr、Mo、C和FeB，其中FeB中含B的重量百分比为18.5％，含Fe的重量百分比为81.5％；
(2)将步骤(1)称取的原材料Fe、Cr、FeB以及40～60％重量的C加入已预热的坩埚熔炉内，对熔炉进行升温熔炼；
(3)待加入的原材料全部熔清后，加入剩余重量的C以及Mo，对熔炉继续升温熔炼；
(4)待原材料全部熔清后，开始雾化、干燥、筛分，即得所述3D打印用Fe基非晶粉末。
6.根据权利要求5所述的3D打印用Fe基非晶粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中对熔炉进行升温熔炼步骤中熔炉功率提高至65～75KW；所述步骤(3)中对熔炉继续升温熔炼步骤中熔炉功率提高至85～90KW。
7.根据权利要求6所述的3D打印用Fe基非晶粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中对熔炉功率提高至85～90KW时，测试温度在1500℃～1600℃；待原材料全部熔清后，测试温度在1600℃～1650℃。
8.根据权利要求5所述的3D打印用Fe基非晶粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中雾化步骤为：熔炉温度保持1200℃，雾化压力为60MPa，水流量为93L/min，采用漏眼为Φ15mm的金属导流管，雾化时间为3min。
9.根据权利要求5所述的3D打印用Fe基非晶粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)的筛分步骤是筛取15～53μm的非晶粉末。
10.一种3D打印用Fe基非晶粉末的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)按照所需制备的Fe基非晶粉末的化学成分重量百分比称取相应的原材料：Fe、Cr、Mo、C和FeB；
(2)将步骤(1)称取的原材料Fe、Cr、FeB以及40～60％重量的C加入已预热的坩埚熔炉内，对熔炉进行升温熔炼；
(3)待加入的原材料全部熔清后，加入剩余重量的C以及Mo，对熔炉继续升温熔炼；
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