CN107716935A - 一种增材制造用粉材的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种增材制造用粉材的制造方法，该方法是将普通水雾化铁粉分选出‑1000目粒级粉材，通过高压气流将‑1000目粒级的粉材输送到雾化器中，作为高压冷却水介质的核心颗粒，用以提高产品粉材细粉率和球形度。本发明利用‑1000目铁粉作为形核中心，分散于高压高速雾化水中，与铁水或钢水碰撞时提高了碰撞力度改变了反应自由能，在提高雾化效率的同时缩短凝固时间，获得球形度高、粒度分布均匀的铁粉或钢粉。所采用的‑1000目铁粉，是正常生产过程中的低价值产品，通过正常分选可以获得，在提高低价值产品利用率的同时提高核心产品的成材率，且避免了杂质元素的增加不需要后续特殊处理，所以该方法制造铁粉或钢粉成本低廉，大幅降低增材制造产品的制造成本。

Description

一种增材制造用粉材的制造方法
技术领域
本发明涉及水基型金属防锈剂领域，尤其涉及一种热轧和冷轧钢板水基防锈剂及其制备方法。
背景技术
近年来，增材制造技术(又名“3D”打印技术)由于其是由原料——成品的短流程制造模式，受到了越来越广泛的关注和应用。增材制造方法包括金属注射成形方法、选择性激光熔化方法和选择性激光烧结方法等，能够满足形状复杂、结构复杂、难于加工等零件的生产，简化了传统铣、刨、磨、车等工艺流程，更颠覆了零件先加工后功能的设计思路，回归到了由功能到设计的最简单、最直接的零件设计。更是由于增材制造技术的广泛使用和认可，已经从研究、推广到广发应用，随着需求的不断增加，研究院所、高校乃至职业技术学校更是给予高度重视，陆续开设了相关课程。
金属增材制造离不开3D打印设备和金属粉材原料。金属铁粉制粉工艺主要有水雾化制粉和气雾化制粉。水雾化制粉产量大、效率高、成本低；气雾化制粉球形度高、氧含量低、粒度分布范围小、成本高，主要用于增材制造、高端制造等。增材制造用一般金属粉材由于对形貌、粒度分布、氧含量等均有较高的要求，主要采用气雾化制粉价格较高，每公斤几百上千元，主要应用于高端制件的生产。正是由于受限于原料的高成本，因此目前增材制造技术推广存在一定的难度，更是无法满足教学、试制或低端制件的要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点提供一种增材制造用粉材的制造方法，粉材的粒度均匀性、球形度和氧含量更佳，其物理特性能够满足增材制造使用要求，其制造方法简单又生产成本低，能够大幅降低增材制造用粉材原料成本，提高增材制造技术应用范围、加快其领域发展。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种增材制造用粉材的制造方法，包括冶炼、水雾化、还原、筛分四个步骤；该方法是将普通水雾化铁粉筛分出-1000目粒级粉材，通过高压气流将-1000目粒级的粉材输送到雾化器中，作为高压冷却水介质的核心颗粒，用以提高产品粉材细粉率和球形度。
具体包括如下步骤：
1)冶炼铁水或钢水，过热度为：250～300℃；
2)雾化工艺：将-1000目粉材通过高压气流输送到雾化器中，流量控制为60～100g/s，粉材在高速运动中均匀分散在高压水中并随高压水从雾化器中喷出，将自然流下的铁水或钢水击碎成铁粉或钢粉；
3)还原：利用还原性气体对脱水、干燥后的铁粉或钢粉进行还原，还原时间为30～60min；
4)对还原后的铁粉或钢粉进行研磨、筛分或风选，分选出多个粒度等级，得到增材制造用铁粉或钢粉，其中-1000目的铁粉或钢粉作为核心颗粒用于下一次冶炼通过高压气流输送到雾化器中。
所述的-1000目粒级粉材为铁粉、钢粉、还原铁粉或还原钢粉。
所述的还原性气体为氢气或氢气与氮气的混合气体。
所述的高压气流压力为0.5～0.7Mpa。
所制得的增材制造用粉材其球形化率为：70％～80％、流动性≤20s/50g、[O]≤500ppm。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所制得的增材制造用粉材粒度均匀性、球形度和氧含量更佳，完全满足增材制造打印工艺使用要求，制件过程平顺、稳定、制件性能满足要求。利用-1000目铁粉作为形核中心，分散于高压高速雾化水中，与铁水或钢水碰撞时提高了碰撞力度改变了反应自由能，因此在提高雾化效率的同时缩短凝固时间，获得了球形度高、粒度分布均匀的铁粉或钢粉。本发明所采用的-1000目铁粉，是正常生产过程中的低价值产品，通过正常筛分就可以获得，在提高低价值产品利用率的同时提高了核心产品的成材率，且避免了杂质元素的增加不需要后续特殊处理，所以该方法制造铁粉或钢粉成本低廉，大幅降低增材制造产品的制造成本。
具体实施方式
下面对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
一种增材制造用粉材的制造方法，包括冶炼、水雾化、还原、筛分四个步骤；该方法是将普通水雾化铁粉筛分出-1000目粒级粉材，通过高压气流将-1000目粒级的粉材输送到雾化器中，作为高压冷却水介质的核心颗粒，提高冷却水冲击力和水雾化程度的方式，提高产品粉材细粉率和球形度。
具体包括如下步骤：
1)冶炼铁水或钢水，得到成份均匀稳定、杂质少的钢/铁液，过热度为：250～300℃；
2)雾化工艺：将-1000目粉材通过高压气流输送到雾化器中，流量控制为60～100g/s，粉材在高速运动中均匀分散在高压水中并随高压水从雾化器中喷出，将自然流下的铁水或钢水击碎成铁粉或钢粉；
3)还原：利用还原性气体对脱水、干燥后的铁粉或钢粉进行还原，还原时间为30～60min；
4)对还原后的铁粉或钢粉进行研磨、筛分或风选，分选出多个粒度等级，得到增材制造用铁粉或钢粉，其中-1000目的铁粉或钢粉作为核心颗粒用于下一次冶炼通过高压气流输送到雾化器中。
可分选为4个等级：+100目、-100+300目、-300+1000目以及-1000目；其中-100+300目的铁粉或钢粉用于同轴送粉增材制造，-300+1000目的铁粉或钢粉用于铺粉打印增材制造。
所述的-1000目粒级粉材为铁粉、钢粉、还原铁粉或还原钢粉。
所述的还原性气体为氢气或氢气与氮气的混合气体。
所述的高压气流压力为0.5～0.7Mpa。
所制得的增材制造用粉材其球形化率为：70％～80％、流动性≤20s/50g、[O]≤500ppm。
实施例1：
将正常生产铁粉进行1000目筛分，产生的-1000目铁粉作为原料通过压缩空气注入到雾化水中。冶炼得到成份均匀稳定、杂质少的铁水，铁水过热度为260℃，液流直径为4～6mm；高压气流压力为0.5Mpa，空气流量为3.5m3/min，高压水雾化压力为115～120Mpa，流量为180～200m3/min。-1000目铁粉的流量为65g/s，还原气体为氢气，还原温度为450℃，还原时间为40min。研磨筛分出-100+300目的粉材，采用同轴送粉打印工艺激光功率为2000W，光斑直径为3mm，扫描速度为900mm/min，送粉量为2.5转/min。分选出的-1000目的铁粉作为核心颗粒用于下一次冶炼通过高压气流输送到雾化器中。
实施例2：
将正常生产钢粉进行1000目筛分，产生的-1000目钢粉作为原料通过压缩空气注入到雾化水中。冶炼得到成份均匀稳定、杂质少的钢液，钢水水过热度为260℃，液流直径为4～6mm；高压气流压力为0.7Mpa，空气流量为3.5m3/min，高压水雾化压力为115～120Mpa，流量为180～200m3/min。-1000目钢粉的流量为90g/s，还原气体为氢气，还原温度为450℃，还原时间为50min。研磨筛分出-300+1000目的粉材，采用激光选区打印工艺激光功率为500W，扫描速度为500mm/min。分选出的-1000目的铁粉作为核心颗粒用于下一次冶炼通过高压气流输送到雾化器中。
实施例与常规雾化粉产品性能对比见表1；
表1：

Claims (6)

1.一种增材制造用粉材的制造方法，包括冶炼、水雾化、还原、筛分四个步骤；其特征在于，该方法是将普通水雾化铁粉筛分出-1000目粒级粉材，通过高压气流将-1000目粒级的粉材输送到雾化器中，作为高压冷却水介质的核心颗粒，用以提高产品粉材细粉率和球形度。
2.根据权利要求1所述的一种增材制造用粉材的制造方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1)冶炼铁水或钢水，过热度为：250～300℃；
2)雾化工艺：将-1000目粉材通过高压气流输送到雾化器中，流量控制为60～100g/s，粉材在高速运动中均匀分散在高压水中并随高压水从雾化器中喷出，将自然流下的铁水或钢水击碎成铁粉或钢粉；
3)还原：利用还原性气体对脱水、干燥后的铁粉或钢粉进行还原，还原时间为30～60min；
4)对还原后的铁粉或钢粉进行研磨、筛分或风选，分选出多个粒度等级，得到增材制造用铁粉或钢粉，其中-1000目的铁粉或钢粉作为核心颗粒用于下一次冶炼通过高压气流输送到雾化器中。
3.根据权利要求1或2所述的一种增材制造用粉材的制造方法，其特征在于，所述的-1000目粒级粉材为铁粉、钢粉、还原铁粉或还原钢粉。
4.根据权利要求2所述的一种增材制造用粉材的制造方法，其特征在于，所述的还原性气体为氢气或氢气与氮气的混合气体。
5.根据权利要求2所述的一种增材制造用粉材的制造方法，其特征在于，所述的高压气流压力为0.5～0.7Mpa。
6.根据权利要求2所述的一种增材制造用粉材的制造方法，其特征在于，所制得的增材制造用粉材其球形化率为：70％～80％、流动性≤20s/50g、[O]≤500ppm。
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