CN115533091A - 一种高密度钨合金3d打印制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高密度钨合金3D打印制备方法，包括如下步骤：将纳米级钨合金粉体制备成球形钨合金颗粒；测量所述纳米级钨合金粉体的平均粒径；预测3D打印采用的理论能量密度；选择理论能量密度附近的能量密度进行3D打印得到多个试验钨合金生坯，然后将所述试验钨合金生坯烧结并测试拉伸强度；选择拉伸强度值最大的试验钨合金生坯对应的能量密度打印钨合金生坯并烧结即得。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料领域和粉末冶金领域，具体涉及一种高密度钨合金3D打印制备方法。
背景技术
钨的高硬度特性使高密度钨合金加工成形困难，对于复杂形状高密度钨合金零部件，不仅加工成本高、效率低，而且原材料浪费很大，这成为限制难熔高密度钨合金材料应用的重要“瓶颈”难题。因此，发展新的难熔高密度钨合金材料成形技术，对拓展难熔高密度钨合金材料应用领域、降低复杂形状制品的生产成本、提高复杂形状制品的生产效率具有重大意义。3D打印是一种采用数字驱动方式将材料逐层堆积成形的先进制造技术，它将传统的多维制造降为二维制造，突破了传统制造方法的约束和限制，能将不同材料自由制造成三维复杂结构(曲面、空心、多孔、网格、梯度等)，从根本上改变了设计制造思路。3D打印突破了传统制造技术对零部件材料、形状、尺度、功能等的制约，几乎可以制造任意复杂的结构。因此，将3D打印成形技术引入到难熔高密度钨合金材料部件制造领域，对于扩大高密度钨合金材料产品型号与规格，进一步拓展高性能高密度钨合金材料应用领域具有重要意义。
3D打印要求金属粉末满足球形度好、流动性好等要求，球形金属粉末是金属3D打印的核心材料。目前金属3D打印用球形粉末制备技术主要有气雾化技术、等离子旋转电极雾化、等离子熔丝雾化和射频等离子球化。这四种方法的共同特点是首先将金属材料在高温下熔融成液态，对于高熔点的钨基材料来说，采用这种方法存在如下问题：(1)激光打印所需能量密度高，制造成本高，且打印出的材料存在显微组织粗大，力学性能低；(2)激光3D打印中存在内应力大，导致组织性能不均匀。针对此，本发明开发出了一种低成本、低能耗、实现高密度钨合金材料组织性能各向同性、高力学强韧性能的3D打印制备方法。
发明内容
针对现有3D打印技术制备高密度钨合金存在的高耗能、高成本、组织性能不均匀的问题，本发明的目的在于提供一种低成本、低能耗、实现高密度钨合金材料组织性能各向同性、高力学强韧性能的3D打印制备方法。
为了实现上述目的，本发明主要通过以下技术方案实现：
一种采用3D打印制备钨合金的方法，包括如下步骤：
将纳米级钨合金粉体制备成球形钨合金颗粒；
测量所述纳米级钨合金粉体的平均粒径；
当所述纳米级钨合金粉体的粒径大于50nm，小于500nm时，采用方程E＝155ln(r+10)-521预测3D打印采用的理论能量密度；其中，E代表理论能量密度的绝对值，r代表所述纳米钨合金粉体的平均粒径的绝对值；
选择理论能量密度附近的能量密度进行3D打印得到多个试验钨合金生坯，然后测试所述试验钨合金生坯的密度；
选择密度值最大的试验钨合金生坯对应的能量密度打印钨合金生坯并烧结即得。
所述纳米级钨合金粉体采用高能球磨法或液态溶胶法制备得到。
所述钨合金中钨的含量为90～98wt％，其余为Co、Cr、Ni、Fe、Cu中的至少两种；
所述钨合金的拉伸强度大于980MPa。
采用喷雾干燥法将钨合金粉体制备成球形钨合金颗粒。
将所述钨合金粉体、无水乙醇和有机粘合剂混合，得到混悬液；将所述混悬液进行喷雾干燥，得到球形粉末颗粒；
所述混悬液的固相含量为50％～60％。
所述烧结包括在250-500℃保温和在1200-1450℃保温的步骤；
所述烧结的气氛包括还原性气氛。
所述还原性气氛包括氢气气氛。
所述球形钨合金颗粒的粒径为20-80μm。
所述有机粘合剂包括羧甲基纤维素、羧乙基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素中的一种或多种；
所述有机粘合剂包占混悬液总质量的0.1～2％。
将所述钨合金粉体、无水乙醇和有机粘合剂混合，得到混悬液；将所述混悬液进行离心喷雾干燥，得到球形粉末颗粒；或者
将所述钨合金粉体、无水乙醇和有机粘合剂混合，得到混悬液；将所述混悬液进行二流雾化喷雾干燥，得到球形粉末颗粒。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
1.本发明提供的球形高密度钨合金颗粒制备方法简单可行、易于操作，且成本低。
2.本发明提供的球形高密度钨合金粉末颗粒，由于内部是超细/纳米级细小颗粒，其活性高，在3D打印过程中所需加热熔融能量密度更低。
3.本发明提供的高密度钨合金3D打印制备方法，能够获得更细小、更均匀的显微组织结构，从而获得更高的力学性能。
附图说明
图1示出了原始粉末粒径与3D打印所需能量密度之间的关系拟合曲线；
图2示出了本发明实施例1制备钨合金显微组织照片；
图3示出了依“Microstructure and mechanical properties of additivemanufactured W-Ni-Fe-Co composite produced by selective laser melting”一文中提供的方法制备的钨合金的显微组织照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。下述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是为了限制本发明的范围。
本发明提供了一种采用3D打印制备钨合金的方法。具体的，包括如下步骤：
测量所述纳米级钨合金粉体的平均粒径，将纳米级钨合金粉体制备成球形钨合金颗粒后；预测3D打印采用的理论能量密度；选择理论能量密度附近的能量密度进行3D打印得到多个试验钨合金生坯，然后测试所述试验钨合金生坯的密度；选择密度值最大的试验钨合金生坯对应的能量密度打印钨合金生坯并烧结即得。首先将纳米级钨合金粉体制备成球形钨合金颗粒；然后将球形钨合金颗粒进行3D打印得到钨合金生坯，最后将所述钨合金生坯烧结即可。
为得到高拉伸强度的钨合金(拉伸强度大于980MPa)，通常采用3D打印的方法来制备钨合金生坯。但是，在采用不同粒径的原料进行3D打印时，打印所需的能量密度会随着钨合金颗粒的粒径的变化而发生变化。由于纳米尺寸效应，钨合金颗粒的熔点会随粒度超细/纳米化而降低，粒度越细其熔点越低，当其粒径小于50nm时，其熔点会迅速地直线性降低。而当钨合金颗粒的粒度从纳米级别往上增加时，颗粒的熔点逐渐趋向于相应块体材料的熔点。因此，当粒径大于500nm时，其熔点趋于不变。因此，在3D打印制备钨合金生坯时，需要根据其熔点来判断对不同颗粒粒径的钨合金颗粒进行3D打印时所需要的能量密度。因此，本发明提供了一种采用3D打印制备钨合金的方法，其可通过先测试钨合金颗粒大小，然后依据钨合金颗粒大小来预测3D打印所需的能量密度，从而极大的简化3D打印钨合金生坯时的参数选择的实验流程。优选的，所述纳米级钨合金粉体采用高能球磨法或液态溶胶法制备得到。高能球磨法和液态溶胶法是工艺简单，生产效率高。
具体的，经试验测试，3D打印所需最佳能量密度与原始颗粒粒径之间对应关系为：
| 原始粉末粒径(nm) | 所需最佳能量密度(J/mm<sup>3</sup>) |
| 50 | 120 |
| 100 | 200 |
| 200 | 300 |
| 300 | 400 |
| 400 | 420 |
| 500 | 460 |
进行非线性拟合，得到能量密度与原始颗粒粒径之间的关系方程式为：
y＝-521+155ln(x+10) (拟合度R＝98％)
具体的，所述钨合金中钨的含量为90～98wt％，其余为Co、Cr、Ni、Fe、Cu中的二种或多种。
优选的，采用喷雾干燥法将钨合金粉体制备成球形钨合金颗粒。喷雾干燥制备球形颗粒效率高、球形度好，易于大批量生产。
具体的，可先将所述钨合金粉体、无水乙醇和有机粘合剂混合，得到混悬液；将所述混悬液进行喷雾干燥，得到球形粉末颗粒；所述混悬液的固相含量为50％～60％。固体含量太低生产效率较低，固体含量太高易沉降，不易得到分散均匀的颗粒。
具体的，所述烧结包括在250-500℃保温和在1200-1450℃保温的步骤；所述烧结的气氛包括还原性气氛。还原性气氛对钨合金高温烧结起到保护作用，防止其氧化，也可以采用真空气氛或惰性气氛，以防止钨合金在高温下发生氧化，优选的，所述还原性气氛包括氢气气氛。
优选的，所述球形钨合金颗粒的粒径为20-80μm。粒径太小流动性不好，粒径太大打印时颗粒内部熔融性差，导致内外组织不均匀。
优选的，所述有机粘合剂包括羧甲基纤维素、羧乙基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素中的一种或多种；上述有机粘合剂水溶性好，熔点和热解点较低，容易在较低温度下热解脱除。
优选的，所述有机粘合剂占混悬液总质量的0.1～2％。有机粘合剂含量太少起不到粘合作用，太多的话后续热解脱除困难，且容易留下过量残碳，残碳作为一种杂质会严重影响材料力学性能。
具体的，可先将所述钨合金粉体、无水乙醇和有机粘合剂混合，得到混悬液；将所述混悬液进行离心喷雾干燥，得到球形粉末颗粒；或者
将所述钨合金粉体、无水乙醇和有机粘合剂混合，得到混悬液；将所述混悬液进行二流雾化喷雾干燥，得到球形粉末颗粒。离心喷雾干燥和二流雾化可有效制备球形颗粒，其效率高、球形度好，易于大批量生产。
以下结合具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
S1采用溶胶-喷雾干燥法制备粒径为65nm左右的纳米级93W合金粉体；
S2将上述纳米93W合金粉体与无水乙醇混合，并加入质量分数为0.1％的有机粘合剂羧甲基纤维素，不断搅拌形成含固体量为40％的均匀混悬液；将所得的悬浊液进行离心喷雾干燥，过筛处理后得到粒径为20μm的球形粉末颗粒；
S3经计算，该球形粉末的理论最佳能量密度为148J/mm3，据此理论值，设计三个能量密度(145J/mm3、148J/mm3、151J/mm3、154J/mm3，)进行粉末3D打印，打印后测量打印坯的密度，发现当能量密度为151J/mm3时打印坯密度最高，因此确定该球形粉末在最佳能量密度151J/mm3下进行激光3D打印，获得成形坯体；
S4将成形坯体先在250℃预烧脱除有机粘结剂，再在1200℃烧结，获得高密度钨合金。
经测试，获得钨合金拉伸强度1283MPa；作为对比，相同粒径、相同成分等离子球化93W合金粉末3D打印时最佳能量密度为375J/mm3，获得钨合金拉伸强度1130MPa，且组织均匀。
实施例2
S1采用溶胶-凝胶法制备粒径为约400nm的超细95W合金粉体；
S2将上述超细钨镍铁粉体与无水乙醇混合，并加入质量分数为2％的有机粘合剂羧甲基纤维素、羧乙基纤维素钠(各占1％)，不断搅拌形成含固体量为60％的均匀混悬液；将所得的悬浊液进行离心喷雾干燥，得到球形粉末颗粒；
S3经计算，该球形粉末的理论最佳能量密度为412J/mm3，据此理论值，设计三个能量密度(409J/mm3、412J/mm3、415J/mm3、418J/mm3，)进行粉末3D打印，打印后测量打印坯的密度，发现当能量密度为415J/mm3时打印坯密度最高，因此确定该球形粉末在最佳能量密度415J/mm3下进行激光3D打印，获得成形坯体；
S4将成形坯体先在500℃预烧脱除有机粘结剂，再在1450℃烧结，获得高密度钨合金。
经测试，获得钨合金拉伸强度1192MPa；作为对比，相同粒径、相同成分等离子球化93W合金粉末3D打印时最佳能量密度为550J/mm3，获得钨合金拉伸强度980MPa。
实施例3
S1采用高能球磨法制备粒径为约150nm的超细98W合金粉体；
S2将上述超细98W合金粉体与无水乙醇混合，并加入质量分数为1.2％的有机粘合剂羧甲基纤维素、羧乙基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素(各占0.4％)，不断搅拌形成含固体量为50％的均匀混悬液；将所得的悬浊液进行离心喷雾干燥，得到球形粉末颗粒；
S3经计算，该球形粉末的理论最佳能量密度为266J/mm3，据此理论值，设计三个能量密度(263J/mm3、269J/mm3、272J/mm3、275J/mm3，)进行粉末3D打印，打印后测量打印坯的密度，发现当能量密度为272J/mm3时打印坯密度最高，因此确定该球形粉末在最佳能量密度272J/mm3下进行激光3D打印，获得成形坯体；
S4将成形坯体先在350℃预烧脱除有机粘结剂，再在1350℃烧结，获得高密度钨合金。
经测试，获得钨合金拉伸强度1152MPa；作为对比，相同粒径、相同成分等离子球化93W合金粉末3D打印时最佳能量密度为450J/mm3，获得钨合金拉伸强度1080MPa。
作为对比的，发明人依“Microstructure and mechanical properties ofadditive manufactured W-Ni-Fe-Co composite produced by selective lasermelting”一文中提供的方法制备得到了钨合金。如图3所示，该方法制备得到的钨合金的组织不均匀。该方法制备得到的钨合金的强度≤1198MPa，比实施例1制备得到的钨合金的最高强度1283MPa低7％左右。
Claims (10)
1.一种采用3D打印制备钨合金的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将纳米级钨合金粉体制备成球形钨合金颗粒；
测量所述纳米级钨合金粉体的平均粒径；
当所述纳米级钨合金粉体的粒径大于50nm，小于500nm时，采用方程E＝155ln(r+10)-521预测3D打印采用的理论能量密度；其中，E代表理论能量密度的绝对值，r代表所述纳米钨合金粉体的平均粒径的绝对值；
选择理论能量密度附近的能量密度进行3D打印得到多个试验钨合金生坯，然后测试所述试验钨合金生坯的密度；
选择密度值最大的试验钨合金生坯对应的能量密度打印钨合金生坯并烧结即得。
2.如权利要求1所述的采用3D打印制备钨合金的方法，其特征在于：
所述纳米级钨合金粉体采用高能球磨法或液态溶胶法制备得到。
3.如权利要求1所述的采用3D打印制备钨合金的方法，其特征在于：
所述钨合金中钨的含量为90～98wt％，其余为Co、Cr、Ni、Fe、Cu中的至少两种；
所述钨合金的拉伸强度大于980MPa。
4.如权利要求1所述的采用3D打印制备钨合金的方法，其特征在于：
采用喷雾干燥法将钨合金粉体制备成球形钨合金颗粒。
5.如权利要求4所述的采用3D打印制备钨合金的方法，其特征在于：
将所述钨合金粉体、无水乙醇和有机粘合剂混合，得到混悬液；将所述混悬液进行喷雾干燥，得到球形粉末颗粒；
所述混悬液的固相含量为50％～60％。
6.如权利要求1所述的采用3D打印制备钨合金的方法，其特征在于：
所述烧结包括在250-500℃保温和在1200-1450℃保温的步骤；
所述烧结的气氛包括还原性气氛。
7.如权利要求6所述的采用3D打印制备钨合金的方法，其特征在于：
所述还原性气氛包括氢气气氛。
8.如权利要求1所述的采用3D打印制备钨合金的方法，其特征在于：
所述球形钨合金颗粒的粒径为20-80μm。
9.如权利要求5所述的采用3D打印制备钨合金的方法，其特征在于：
所述有机粘合剂包括羧甲基纤维素、羧乙基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素中的一种或多种；
所述有机粘合剂包占混悬液总质量的0.1～2％。
10.如权利要求5所述的采用3D打印制备钨合金的方法，其特征在于：
将所述钨合金粉体、无水乙醇和有机粘合剂混合，得到混悬液；将所述混悬液进行离心喷雾干燥，得到球形粉末颗粒；或者
将所述钨合金粉体、无水乙醇和有机粘合剂混合，得到混悬液；将所述混悬液进行二流雾化喷雾干燥，得到球形粉末颗粒。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117600494A (zh) * | 2024-01-24 | 2024-02-27 | 安庆瑞迈特科技有限公司 | 一种提高3d打印准直器耐腐蚀性和强度的打印方法 |
| CN117983805A (zh) * | 2024-02-05 | 2024-05-07 | 上海钛冠新材料科技有限公司 | 一种球形钛或钛合金小粒径成型方法及其应用 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006207007A (ja) * | 2005-01-31 | 2006-08-10 | Mitsubishi Materials Pmg Corp | タングステン合金の製造方法とそのタングステン合金 |
| CN107876783A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-04-06 | 西安交通大学 | 基于激光定点间隔扫描的激光增材制造用金属粉末制备方法 |
| CN111822721A (zh) * | 2020-07-14 | 2020-10-27 | 苏州大学 | 钨掺杂钛基复合多孔材料及其制备方法 |
| CN111922343A (zh) * | 2020-10-19 | 2020-11-13 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 一种采用球形钨粉制备CuW60-CuW90材料的方法 |
| CN112719292A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-30 | 南通理工学院 | 一种基于许用激光能量密度的增材制造工艺 |
| CA3165810A1 (en) * | 2020-01-23 | 2021-07-29 | Frederic VERON | Method for manufacturing a multi-material part by additive manufacturing, using the technique of powder bed selective laser melting or selective laser sintering |
| CN114012085A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-02-08 | 华南理工大学 | 3d打印用混合粉末及3d打印方法 |
| CN114107756A (zh) * | 2021-10-20 | 2022-03-01 | 汕头大学 | 一种可抑制3d打印凝固裂纹的铝合金及其加工方法 |
| CN114939653A (zh) * | 2022-05-16 | 2022-08-26 | 苏州大学 | 一种抑制3d打印冷热裂纹的多主元合金及其制备方法 |
-
2022
- 2022-10-11 CN CN202211241121.6A patent/CN115533091B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006207007A (ja) * | 2005-01-31 | 2006-08-10 | Mitsubishi Materials Pmg Corp | タングステン合金の製造方法とそのタングステン合金 |
| CN107876783A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-04-06 | 西安交通大学 | 基于激光定点间隔扫描的激光增材制造用金属粉末制备方法 |
| CA3165810A1 (en) * | 2020-01-23 | 2021-07-29 | Frederic VERON | Method for manufacturing a multi-material part by additive manufacturing, using the technique of powder bed selective laser melting or selective laser sintering |
| CN111822721A (zh) * | 2020-07-14 | 2020-10-27 | 苏州大学 | 钨掺杂钛基复合多孔材料及其制备方法 |
| CN111922343A (zh) * | 2020-10-19 | 2020-11-13 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 一种采用球形钨粉制备CuW60-CuW90材料的方法 |
| CN112719292A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-30 | 南通理工学院 | 一种基于许用激光能量密度的增材制造工艺 |
| CN114107756A (zh) * | 2021-10-20 | 2022-03-01 | 汕头大学 | 一种可抑制3d打印凝固裂纹的铝合金及其加工方法 |
| CN114012085A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-02-08 | 华南理工大学 | 3d打印用混合粉末及3d打印方法 |
| CN114939653A (zh) * | 2022-05-16 | 2022-08-26 | 苏州大学 | 一种抑制3d打印冷热裂纹的多主元合金及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| LAUREN E.BARTON: "Size-Dependent Pb Sorption to Nanohematite in the presence and absence of a microbial siderophore", 《SCIENCE & TECHNOLOGY》, vol. 45, 4 February 2011 (2011-02-04), pages 3193 - 3818 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117600494A (zh) * | 2024-01-24 | 2024-02-27 | 安庆瑞迈特科技有限公司 | 一种提高3d打印准直器耐腐蚀性和强度的打印方法 |
| CN117600494B (zh) * | 2024-01-24 | 2024-04-02 | 安庆瑞迈特科技有限公司 | 一种提高3d打印准直器耐腐蚀性和强度的打印方法 |
| CN117983805A (zh) * | 2024-02-05 | 2024-05-07 | 上海钛冠新材料科技有限公司 | 一种球形钛或钛合金小粒径成型方法及其应用 |
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| Publication number | Publication date |
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