CN113894293B - 基于SLM技术制备石墨烯复合18Ni-300减磨金属材料的方法 - Google Patents

基于SLM技术制备石墨烯复合18Ni-300减磨金属材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于SLM技术制备石墨烯复合18Ni‑300减磨金属材料的方法，包括：材料的准备：石墨烯粉末和18Ni‑300球形钢粉形成混合粉末备用；程序文件和SLM设备的准备；成形：根据导入SLM设备的程序文件和成形工艺参数，SLM设备开始选区熔化，选区熔化完每层混合粉末后，再铺设下一层混合粉末，继续选区熔化，重复这一过程直至减磨金属材料堆叠成形；时效处理：对减磨金属材料进行时效处理。本发明采用激光选区熔化技术成形石墨烯复合18Ni‑300减磨金属材料减磨金属材料，相比传统模压、冶炼的方法具有制备工艺简单，减磨性能优异，耐用性强的优点。

Description

基于SLM技术制备石墨烯复合18Ni-300减磨金属材料的方法
技术领域
本发明属于减磨金属制造领域，具体是涉及一种基于选区激光熔化技术的减磨金属材料的制备
背景技术
选区激光熔化技术(SLM-Selective Laser Melting)作为整个增材制造技术领域中最具前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。SLM技术是利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固而成型的一种技术。根据成型件三维CAD模型的分层切片信息，扫描系统(振镜)控制激光束作用于待成型区域内的粉末，在高激光能量密度作用下，金属粉末完全熔化，一层扫描完毕后，活塞缸内的活塞会下降一个层厚的距离；接着送粉系统输送一定量的粉末，铺粉系统的辊子铺展一层厚的粉末沉积于已成型层之上。然后，重复上述2个成型过程，直至所有三维CAD模型的切片层全部扫描完毕。这样，三维CAD模型通过逐层累积方式直接成型金属零件。最后，活塞上推，从成型装备中取出零件。至此，SLM金属粉末直接成型金属零件的全部过程结束。激光选区熔化技术在成形复杂结构方面具有明显优势，摆脱了传统机加工的成形限制，让复杂结构的随形冷却流道从设计变成现实。
减磨材料是指具有低摩擦系数和高耐磨性能的金属材料或金属和非金属的复合材料。这种材料具有良好的自润滑性能，因而应用范围比一般铸造金属或塑料减摩材料广泛，能在缺油甚至无油润滑的干摩擦条件下，或在高速、高载荷、高温、高真空等极限润滑条件下工作。目前减磨材料大多是通过模压、冶炼的方法进行制备，这种方式虽然相比直接在金属表面复合减磨层的方式提高了材料的使用寿命，但减磨部分和基材部分仍然不能混合均匀，且金属零件机械性能受低型工艺过程的影响因素比较多，导致在长时间使用过程中减磨性能受到影响。
发明内容
发明目的：本发明目的在于提供一种基于SLM技术制备石墨烯复合18Ni-300减磨金属材料的方法，解决现有减磨金属材料制备工艺复杂，耐用性差的缺陷。
技术方案：本发明所述基于SLM技术制备石墨烯复合18Ni-300减磨金属材料的方法，包括如下步骤：
(1)、材料的准备：
将18Ni-300球形钢粉放入球磨机中进行球磨，再将烘干后的石墨烯粉末和球磨后的18Ni-300球形钢粉加入混粉机中进行混合，形成混合粉末备用，混合粉末中石墨烯和18Ni-300的比例为1：3-10；
(2)、程序文件和SLM设备的准备：
确定减磨金属材料的三维实体模型，并通过切片软件对三维实体模型进行切片分层，得到各截面的轮廓数据及填充扫描路径，由此确定SLM设备的程序文件以及成形工艺参数，将程序文件以及成形工艺参数导入SLM设备；
将步骤(1)的混合粉末均匀铺平在SLM设备的工作平台上，抽空成形室空气，并充入惰性气体；
(3)、减磨金属材料的成形：
在成形室的氧气体积含量小于0.1％时，根据导入SLM设备的程序文件和成形工艺参数，SLM设备开始选区熔化，选区熔化完每层混合粉末后，SLM设备的工作平台降低一个层厚，再铺设下一层混合粉末，继续选区熔化，重复这一过程直至减磨金属材料堆叠成形；
(4)、时效处理：
对步骤(3)成形的减磨金属材料进行时效处理，获得成品石墨烯复合18Ni-300减磨金属材料。
本发明进一步优选地技术方案为，步骤(1)中18Ni-300球形钢粉在球磨后需进行筛选，筛选出粒径小于200μm的钢粉加入混粉机。
作为优选地，步骤(1)中在混粉时充入保护气体。
优选地，步骤(1)中混粉时的保护气体和步骤(2)中向成形室内充入的惰性气体均为氩气。
优选地，步骤(1)中两种粉末在混粉机内混合时长不低于2h。
优选地，步骤(3)中SLM设备的成形工艺参数为：激光扫描速度为800-1000mm/s，激光功率为200-380W；每层铺粉厚度为0.03-0.05mm，激光扫描间距为0.06-0.15mm。
有益效果：本发明采用激光选区熔化技术成形石墨烯复合18Ni-300减磨金属材料减磨金属材料，相比传统模压、冶炼的方法具有制备工艺简单，减磨性能优异，耐用性强的优点，具体来说，通过激光选区熔化技术省去了传统工艺的反复加热、淬火的过程，材料一次成形，在简化工艺的同时，提高材料的良品率，避免材料在加工过程中出现的开裂等废品；其次，石墨烯粉末和18Ni-300球形钢粉在充分混粉后直接激光熔化成形，减磨材料混合均匀，可以大幅度提供减磨材料的减磨性能，同时避免传统减磨材料长时使用后导致的减磨层或减磨涂层老化脱落，提高耐用性。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：一种基于SLM技术制备石墨烯复合18Ni-300减磨金属材料的方法，包括如下步骤：
(1)、材料的准备：
将18Ni-300球形钢粉放入球磨机中进行球磨，球磨后筛选出粒径小于200μm的钢粉加入混粉机，再将烘干后的石墨烯粉末加入混粉机中进行混合，混粉时充入氩气作为保护气体，混合时长2h，形成混合粉末备用，混合粉末中石墨烯和18Ni-300的比例为1：3；
(2)、程序文件和SLM设备的准备：
确定减磨金属材料的三维实体模型，并通过切片软件对三维实体模型进行切片分层，得到各截面的轮廓数据及填充扫描路径，由此确定SLM设备的程序文件以及成形工艺参数，将程序文件以及成形工艺参数导入SLM设备；
将步骤(1)的混合粉末均匀铺平在SLM设备的工作平台上，抽空成形室空气，并充入氩气；
(3)、减磨金属材料的成形：
在成形室的氧气体积含量小于0.1％时，根据导入SLM设备的程序文件和成形工艺参数，SLM设备开始选区熔化，选区熔化完每层混合粉末后，SLM设备的工作平台降低一个层厚，再铺设下一层混合粉末，继续选区熔化，重复这一过程直至减磨金属材料堆叠成形；成形工艺参数为：激光扫描速度为800mm/s，激光功率为200W；每层铺粉厚度为0.03mm，激光扫描间距为0.06mm。
(4)、时效处理：
对步骤(3)成形的减磨金属材料进行时效处理，获得成品石墨烯复合18Ni-300减磨金属材料。
实施例2：一种基于SLM技术制备石墨烯复合18Ni-300减磨金属材料的方法，包括如下步骤：
(1)、材料的准备：
将18Ni-300球形钢粉放入球磨机中进行球磨，球磨后筛选出粒径小于200μm的钢粉加入混粉机，再将烘干后的石墨烯粉末加入混粉机中进行混合，混粉时充入氩气作为保护气体，混合时长3h，形成混合粉末备用，混合粉末中石墨烯和18Ni-300的比例为1：10；
(2)、程序文件和SLM设备的准备：
确定减磨金属材料的三维实体模型，并通过切片软件对三维实体模型进行切片分层，得到各截面的轮廓数据及填充扫描路径，由此确定SLM设备的程序文件以及成形工艺参数，将程序文件以及成形工艺参数导入SLM设备；
将步骤(1)的混合粉末均匀铺平在SLM设备的工作平台上，抽空成形室空气，并充入氩气；
(3)、减磨金属材料的成形：
在成形室的氧气体积含量小于0.1％时，根据导入SLM设备的程序文件和成形工艺参数，SLM设备开始选区熔化，选区熔化完每层混合粉末后，SLM设备的工作平台降低一个层厚，再铺设下一层混合粉末，继续选区熔化，重复这一过程直至减磨金属材料堆叠成形；成形工艺参数为：激光扫描速度为1000mm/s，激光功率为380W；每层铺粉厚度为0.05mm，激光扫描间距为0.15mm。
(4)、时效处理：
对步骤(3)成形的减磨金属材料进行时效处理，获得成品石墨烯复合18Ni-300减磨金属材料。
实施例3：一种基于SLM技术制备石墨烯复合18Ni-300减磨金属材料的方法，包括如下步骤：
(1)、材料的准备：
将18Ni-300球形钢粉放入球磨机中进行球磨，球磨后筛选出粒径小于200μm的钢粉加入混粉机，再将烘干后的石墨烯粉末加入混粉机中进行混合，混粉时充入氩气作为保护气体，混合时长不低于2h，形成混合粉末备用，混合粉末中石墨烯和18Ni-300的比例为1：4；
(2)、程序文件和SLM设备的准备：
确定减磨金属材料的三维实体模型，并通过切片软件对三维实体模型进行切片分层，得到各截面的轮廓数据及填充扫描路径，由此确定SLM设备的程序文件以及成形工艺参数，将程序文件以及成形工艺参数导入SLM设备；
将步骤(1)的混合粉末均匀铺平在SLM设备的工作平台上，抽空成形室空气，并充入氩气；
(3)、减磨金属材料的成形：
在成形室的氧气体积含量小于0.1％时，根据导入SLM设备的程序文件和成形工艺参数，SLM设备开始选区熔化，选区熔化完每层混合粉末后，SLM设备的工作平台降低一个层厚，再铺设下一层混合粉末，继续选区熔化，重复这一过程直至减磨金属材料堆叠成形；成形工艺参数为：激光扫描速度为900mm/s，激光功率为280W；每层铺粉厚度为0.04mm，激光扫描间距为0.1mm。
(4)、时效处理：
对步骤(3)成形的减磨金属材料进行时效处理，获得成品石墨烯复合18Ni-300减磨金属材料。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (4)

1.一种基于SLM技术制备石墨烯复合18Ni-300减磨金属材料的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）、材料的准备：
将18Ni-300球形钢粉放入球磨机中进行球磨，18Ni-300球形钢粉在球磨后需进行筛选，筛选出粒径小于200μm的钢粉，再将烘干后的石墨烯粉末和筛选出的18Ni-300球形钢粉加入混粉机中进行混合，形成混合粉末备用，混合粉末中石墨烯和18Ni-300的比例为1：3-10；
（2）、程序文件和SLM设备的准备：
确定减磨金属材料的三维实体模型，并通过切片软件对三维实体模型进行切片分层，得到各截面的轮廓数据及填充扫描路径，由此确定SLM设备的程序文件以及成形工艺参数，将程序文件以及成形工艺参数导入SLM设备；
将步骤（1）的混合粉末均匀铺平在SLM设备的工作平台上，抽空成形室空气，并充入惰性气体；
（3）、减磨金属材料的成形：
在成形室的氧气体积含量小于0.1％时，根据导入SLM设备的程序文件和成形工艺参数，SLM设备开始选区熔化，选区熔化完每层混合粉末后，SLM设备的工作平台降低一个层厚，再铺设下一层混合粉末，继续选区熔化，重复这一过程直至减磨金属材料堆叠成形；
其中SLM设备的成形工艺参数为：激光扫描速度为800-1000mm/s，激光功率为200-380W；每层铺粉厚度为0.03-0.05mm，激光扫描间距为0.06-0.15mm；
（4）、时效处理：
对步骤（3）成形的减磨金属材料进行时效处理，获得成品石墨烯复合18Ni-300减磨金属材料。
2.根据权利要求1所述的基于SLM技术制备石墨烯复合18Ni-300减磨金属材料的方法，其特征在于：步骤（1）中在混粉时充入保护气体。
3.根据权利要求2所述的基于SLM技术制备石墨烯复合18Ni-300减磨金属材料的方法，其特征在于：步骤（1）中混粉时的保护气体和步骤（2）中向成形室内充入的惰性气体均为氩气。
4.根据权利要求1所述的基于SLM技术制备石墨烯复合18Ni-300减磨金属材料的方法，其特征在于：步骤（1）中两种粉末在混粉机内混合时长不低于2h。
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