RU2718946C1 - Method of producing granular metal-particle composition (feedstock) and composition obtained using said method - Google Patents
Method of producing granular metal-particle composition (feedstock) and composition obtained using said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2718946C1 RU2718946C1 RU2019118639A RU2019118639A RU2718946C1 RU 2718946 C1 RU2718946 C1 RU 2718946C1 RU 2019118639 A RU2019118639 A RU 2019118639A RU 2019118639 A RU2019118639 A RU 2019118639A RU 2718946 C1 RU2718946 C1 RU 2718946C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- bimodal
- mixture
- microencapsulating
- particles
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Изобретение относится к области обработки металлических порошков, а именно к получению гранулированных материалов (фидстоков), используемых для получения металлических изделий методом инжекционного формования/литья под давлением и аддитивного производства.The invention relates to the field of processing of metal powders, in particular to the production of granular materials (feedstock) used to obtain metal products by injection molding / injection molding and additive manufacturing.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
Известна металлополимерная композиция для изготовления стальных заготовок, раскрытая в [RU 2310542, опубл. 20.11.2007], получаемая методом механического смешивания двух смесей, компонентами одной из которых являются высокодисперсные порошки по крайней мере одного легирующего элемента, железа и оксида железа, мас.%, а компонентами второй - термореактивная фенолформальдегидная смола 8-15 мас.% и пластификатор - соль стеариновой кислоты. Known metal-polymer composition for the manufacture of steel billets, disclosed in [RU 2310542, publ. November 20, 2007], obtained by mechanical mixing of two mixtures, the components of one of which are highly dispersed powders of at least one alloying element, iron and iron oxide, wt.%, And the components of the second are thermosetting phenol-formaldehyde resin 8-15 wt.% And plasticizer - salt of stearic acid.
К недостаткам можно отнести то, что для создания металлополимерной композиции используется смесь порошков разных металлов и оксида железа, при этом может возникнуть проблема равномерного распределения легирующих добавок в металлополимерной композиции железа/оксида железа.The disadvantages include the fact that to create a metal-polymer composition, a mixture of powders of different metals and iron oxide is used, and there may be a problem of uniform distribution of alloying additives in the metal-polymer composition of iron / iron oxide.
Известен способ получения металлических фидстоков для PIM технологий, раскрытый в [RU 2630142, опубл. 05.09.2017], включающий механическое смешивание металлического порошка и связующего, при этом в качестве металлического порошка используют порошки на основе металла, выбранного из Fe, Ti, Аl, а в качестве связующего используют парафин и воск.A known method of producing metal feedstock for PIM technologies, disclosed in [RU 2630142, publ. 09/05/2017], including mechanical mixing of a metal powder and a binder, while powders based on a metal selected from Fe, Ti, Al are used as a metal powder, and paraffin and wax are used as a binder.
Использование парафина и воска в качестве связующего из-за низкой температуры плавления связующего не позволяет проводить формование изделий с использованием термопластавтомата. Высокая хрупкость изделий с использованием парафина и воска не позволяет формовать детали в автоматическом режиме.The use of paraffin and wax as a binder due to the low melting temperature of the binder does not allow molding products using injection molding machines. High fragility of products using paraffin and wax does not allow molding parts in automatic mode.
Известен фидсток для 3D производственных процессов, в частности производства методом плавления нитей (Fused Filament Fabrication), раскрытый в [WO2018091517 (A1) ― 2018-05-24], содержащий (P) спекаемые частицы, изготовленные из металла, металлического сплава, стекла, керамического материала или их смеси; и (B) связующую композицию, содержащую пластификатор (b1) 5-15 мас.% от общей массы полимерной композиции и полимерного связующего компонента (b2) 85-95 мас.% от общей массы связующей композиции, количество спекаемых частиц (Р) составляет 40 об.% или более от композиции.A known feedstock for 3D manufacturing processes, in particular Fused Filament Fabrication, disclosed in [WO2018091517 (A1) - 2018-05-24] containing (P) sintered particles made of metal, metal alloy, glass, ceramic material or mixtures thereof; and (B) a binder composition containing a plasticizer (b1) 5-15 wt.% from the total weight of the polymer composition and a polymer binder component (b2) 85-95 wt.% of the total weight of the binder composition, the amount of sintered particles (P) is 40 vol.% or more of the composition.
К недостаткам вышеприведенного можно отнести возможное неравномерное распределение компонентов – металлических частиц - по объему гранул, используемых в дальнейшем для получения металлополимерной нить (заготовка, стержень), которую используют для послойной 3D-печати изделия (аддитивные технологии). Неравномерное распределение обусловлено тем, что при изготовлении фидстока используют, в основном частицы размером 50-100 мкм и очень мало наночастиц размером 0,1 мкм, и более предпочтительны частицы размером более 1 мкм, и это может привести к высокой пористости в конечном продукте.The disadvantages of the above include the possible uneven distribution of components - metal particles - over the volume of granules used in the future to obtain a metal-polymer thread (billet, core), which is used for layer-by-layer 3D printing of the product (additive technology). The uneven distribution is due to the fact that in the manufacture of feedstock, mainly particles with a size of 50-100 microns and very few nanoparticles with a size of 0.1 microns are used, and particles larger than 1 micron are more preferred, and this can lead to high porosity in the final product.
Известен фидсток в форме нити, раскрытый в [WO2016004985 (A1) - 2016-01-14] (filament), пригодной для использования в устройстве для 3D-печати (Fused Deposition Modelling Device), где нить содержит металлический и/или керамический порошок, термопластичное связующее и добавки. Изобретение также относится к применению связующего для производства нити для устройств 3D-печати. Для получения фидстока используют следующие компоненты: связующее и порошок нержавеющей стали со среднем диаметром 15 микрон, полученный методом атомизации, перемешивают при 130°C в смесителе и гомогенизируют в течение 1 часа для получения пластичной композиции.Known feedstock in the form of a thread, disclosed in [WO2016004985 (A1) - 2016-01-14] (filament), suitable for use in a device for 3D printing (Fused Deposition Modeling Device), where the thread contains a metal and / or ceramic powder, thermoplastic binder and additives. The invention also relates to the use of a binder for the manufacture of filaments for 3D printing devices. The following components are used to obtain feedstock: a binder and stainless steel powder with an average diameter of 15 microns obtained by atomization are mixed at 130 ° C in a mixer and homogenized for 1 hour to obtain a plastic composition.
К недостаткам данного технического решения можно отнести, как и у вышеприведенного размеры используемых частиц. Металлические частицы получают методом атомизации, позволяющим получать частицы только микронного размера, т.е. в исходном порошке отсутствуют наночастицы, обеспечивающие снижение температуры спекания частиц и плотную упаковку частиц.The disadvantages of this technical solution can be attributed, as in the above size of the used particles. Metal particles are obtained by atomization, which allows to obtain particles of only micron size, i.e. in the initial powder there are no nanoparticles providing a decrease in the sintering temperature of particles and a dense packing of particles.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
В основу изобретения поставлена задача разработки способа получения гранулированного материала (фидстока) на основе бимодальных микрокапсулированных металлических порошков из/на основе нано- и микрочастиц из жаропрочных, жаростойких, коррозионностойких сплавов для формования сложнопрофильных деталей с помощью аддитивных технологий и литья под давлением.The basis of the invention is the task of developing a method for producing granular material (feedstock) based on bimodal microencapsulated metal powders made of / on the basis of nano- and microparticles of heat-resistant, heat-resistant, corrosion-resistant alloys for molding complex parts using additive technologies and injection molding.
Технический результат – получение фидстока, обладающего текучестью в интервале температур 115 – 160°C, с равномерным распределением нано- и микрочастиц в объеме гранул фидстока, что обеспечивает снижение температуры спекания и плотность спеченных деталей не менее 0,95 от теоретической плотности сплава.EFFECT: obtaining a feedstock having fluidity in the temperature range 115 - 160 ° C, with a uniform distribution of nano- and microparticles in the volume of feedstock granules, which ensures a decrease in sintering temperature and density of sintered parts of at least 0.95 of the theoretical alloy density.
Поставленная задача достигается тем, что, как и известный предлагаемый способ получения гранулированной металлопорошковой композиции (фидстока), включает механическое смешивание металлического порошка и связующего.The problem is achieved in that, like the known proposed method for producing a granular metal powder composition (feedstock), involves mechanical mixing of the metal powder and a binder.
Новым является то, что упомянутый фидсток для формования сложнопрофильных деталей получают в две стадии:New is the fact that the aforementioned feedstock for forming complex parts is obtained in two stages:
− деагломерация и микрокапсуляция частиц бимодального металлического порошка на основе нано- и микрочастиц; - deagglomeration and microencapsulation of bimodal metal powder particles based on nano- and microparticles;
− механическое перемешивание микрокапсулированных частиц с полимером и пластификатором, нагревание полученной смеси и экструдирование расплава для получения гранул.- mechanical mixing of the microencapsulated particles with a polymer and a plasticizer, heating the resulting mixture and extruding the melt to obtain granules.
При этом в качестве металлического порошка используют бимодальные порошки, состоящие из нано- и микрочастиц сплавов, выбранных из группы, включающей жаропрочные, жаростойкие и коррозионностойкие сплавы на основе железа, а также хромоникелевые сплавы.In this case, bimodal powders are used as a metal powder, consisting of nano- and microparticles of alloys selected from the group including heat-resistant, heat-resistant, and corrosion-resistant alloys based on iron, as well as chromium-nickel alloys.
А в качестве связующего используют расплав термопластичного полимера, выбранного из группы, включающей полилактид, полиметилметакрилат, полистирол, сополимер этилвинилацетата, полиэтилен низкой плотности, полиэтиленовый воск или их смесь, и пластификатора, выбранного из группы, включающей дибутилфталат, дибутилсебацинат.And as a binder, a melt of a thermoplastic polymer selected from the group consisting of polylactide, polymethyl methacrylate, polystyrene, a copolymer of ethyl vinyl acetate, low density polyethylene, polyethylene wax or a mixture thereof, and a plasticizer selected from the group consisting of dibutyl phthalate, dibutyl sebacinate is used.
Кроме того деагломерацию и микрокапсуляцию осуществляют смешением бимодального порошка на основе нано- и микрочастиц с раствором микрокапсулирующего органического вещества и одновременного диспергирования смеси в виде суспензии упомянутого порошка в растворе с концентрацией от 1% до 10%, при следующем их соотношении, мас.%:In addition, deagglomeration and microencapsulation is carried out by mixing a bimodal powder based on nano- and microparticles with a solution of microencapsulating organic matter and simultaneously dispersing the mixture in the form of a suspension of the above powder in a solution with a concentration of from 1% to 10%, in the following ratio, wt.%:
Бимодальный порошок на основе нано- и микрочастиц металлических сплавов 98,5-99,5;Bimodal powder based on nano- and microparticles of metal alloys 98.5-99.5;
Микрокапсулирующее органическое вещество 0,5-1,5.Microencapsulating organic matter 0.5-1.5.
При этом деагломерациию и микрокапсуляцию частиц упомянутого бимодального порошка проводят путем его смешения с раствором микрокапсулирующего органического вещества в изопропиловом спирте или нефтяном растворителе и одновременного диспергирования получаемой суспензии.In this case, deagglomeration and microencapsulation of particles of the above-mentioned bimodal powder is carried out by mixing it with a solution of microencapsulating organic matter in isopropyl alcohol or an oil solvent and simultaneously dispersing the resulting suspension.
Кроме того, в качестве микрокапсулирующего органического вещества используют органические соединения, содержащие полярные функциональные группы, включающие кислород или азот и кислород, обеспечивающие сильное взаимодействие органических молекул с катионами металлов на поверхности нано- и микрочастиц.Also as microencapsulating organic substances use organic compounds containing polar functional groups, including oxygen or nitrogen and oxygen, providing a strong interaction of organic molecules with metal cations on the surface of nano- and microparticles.
Предпочтительно, что в качестве микрокапсулирующего органического вещества используют растворы ацетилацетона; полиэтиенгликоля ПЭГ400 и ПЭГ 6000; эфира полиэтиленгликоля синтанол ДС-10; 1,5-диаминоантрахинона, олеиновой и/или стеариновой кислоты, а качестве растворителя используют спирты, например, изопропиловый спирт, этанол, или легкокипящие углеводороды, например петролейный эфир, нефрас 80-120.Preferably, acetylacetone solutions are used as microencapsulating organic matter; PEG400 polyethylene glycol and PEG 6000; polyethylene glycol ether syntanol DS-10; 1,5-diaminoanthraquinone, oleic and / or stearic acid, and alcohols, for example, isopropyl alcohol, ethanol, or low boiling hydrocarbons, for example petroleum ether, nefras 80-120, are used as a solvent.
Кроме того, для получения гранул металлопорошковой композиции требуемого размера полученную смесь микрокапсулированного металлического порошка и связующего нагревают и экструдируют.In addition, to obtain granules of the metal powder composition of the required size, the resulting mixture of microencapsulated metal powder and a binder is heated and extruded.
Полученная вышеописанным способом гранулированная металлопорошковая композиция (фидсток), предназначена для аддитивного изготовления или литья под давлением (инжекционного формования) сложнопрофильных металлических деталей.The granular metal powder composition (feedstock) obtained by the above method is intended for additive manufacturing or injection molding (injection molding) of complex metal parts.
Соотношение компонентов, в получаемом гранулированном металлическом материале, масс. %:The ratio of components in the resulting granular metal material, mass. %:
Для достижения технического результата настоящего изобретения предлагается использовать бимодальные порошки, состоящие из нано- и микрочастиц сплавов, полученные методом электрического взрыва проволоки (ЭВП), в которых наночастицы заполняют пространство между микрочастицами, способствуют снижению температуры начала спекания «зеленых» деталей и обеспечивают низкую пористость изделия после спекания. Метод ЭВП позволяет получать бимодальные порошки, в которых нано- и микрочастицы равномерно перемешаны между собой в отличие от бимодальных порошков, полученных смешением двух порошков - нанопорошков и микропорошков, полученных другими методами. К тому же при использовании порошков, полученных ЭВП можно исключить длительную и затратную стадию смешения двух порошков.To achieve the technical result of the present invention, it is proposed to use bimodal powders consisting of nano- and microparticles of alloys obtained by the method of electric wire explosion (EEC), in which nanoparticles fill the space between the microparticles, help reduce the sintering temperature of the “green” parts and provide low porosity of the product after sintering. The EVP method allows one to obtain bimodal powders in which nanoparticles and microparticles are uniformly mixed with each other, in contrast to bimodal powders obtained by mixing two powders — nanopowders and micropowders obtained by other methods. In addition, when using powders obtained by EEC, it is possible to exclude the long and costly stage of mixing the two powders.
Бимодальные порошки, полученные методом ЭВП, включают наночастицы размером до 100 нм и микрочастицы размером до 5 мкм. Ограничение по размеру микрочастиц до 5 мкм связано с более низкой температурой спекания таких частиц по сравнению с микрочастицами большего размера. Наночастицы заполняют пространство между микрочастицами и также обеспечивают снижение температуры спекания. Кроме того, наночастицы обеспечивают снижение вязкости металлопорошковой композиции. Однако при увеличении содержания наночастиц более 20% происходит увеличение вязкости металлопорошковой композиции. Таким образом, выбранные размерные характеристики нано- и микрочастиц и указанное содержание наночастиц в бимодальных порошках позволяют добиться снижения температуры спекания частиц, снижения вязкости металлопорошковой композиции и, за счет этого, увеличить содержание бимодального порошка в металлопорошковой композиции.Bimodal powders obtained by the EVP method include nanoparticles up to 100 nm in size and microparticles up to 5 microns in size. The limitation in the size of microparticles to 5 μm is associated with a lower sintering temperature of such particles compared to larger microparticles. Nanoparticles fill the space between the microparticles and also provide a reduction in sintering temperature. In addition, nanoparticles provide a decrease in the viscosity of the metal powder composition. However, with an increase in the content of nanoparticles over 20%, an increase in the viscosity of the metal-powder composition occurs. Thus, the selected dimensional characteristics of nano- and microparticles and the indicated content of nanoparticles in bimodal powders make it possible to reduce the sintering temperature of particles, lower the viscosity of the metal powder composition and, thereby, increase the content of bimodal powder in the metal powder composition.
Деагломерацию проводят одновременно с микрокапсуляцией для разрушения крупных агломератов, предотвращения окисления, равномерного распределения нано- и микрочастиц в полимере. Микрокапсуляция частиц улучшает совмещение нано- и микрочастиц с полимерами.Deagglomeration is carried out simultaneously with microencapsulation to destroy large agglomerates, prevent oxidation, uniform distribution of nano- and microparticles in the polymer. Particle microencapsulation improves the combination of nano- and microparticles with polymers.
Для получения металлопорошковой композиции проводят совмещение микрокапсулированного металлического порошка со смесью полимеров и пластификатора, при этом используют термопластичные полимеры, например, полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокой плотности, полипропилен, сополимер этилвинилацетат, полистирол, полиметилметакрилат, полилактид, полиэтиленовый воск или их смеси, а в качестве пластификатора используют дибутилфталат или дибутилсебацинат.To obtain a metal-powder composition, microencapsulated metal powder is combined with a mixture of polymers and plasticizer, using thermoplastic polymers, for example, low density polyethylene, high density polyethylene, polypropylene, ethyl vinyl acetate copolymer, polystyrene, polymethyl methacrylate, polylactide, polyethylene wax or mixtures thereof, and dibutyl phthalate or dibutyl sebacinate is used as a plasticizer.
Микрокапсулирующие органические вещества (ацетилацетон; полиэтиенгликоль ПЭГ400 и ПЭГ 6000; эфир полиэтиленгликоля синтанол ДС-10; 1,5-диаминоантрахинон) используют в количестве 0,5 – 1,5% масс. Такое количество необходимо для формирования тонкого защитного слоя на поверхности частиц. Менее 0,5% масс. недостаточно для равномерной и полной микрокапсуляции нано- и микрочастиц сплавов. Использование более 1,5% масс. микрокапсулирующего вещества приводит к слипанию частиц между собой с образованием крупных агломератов. Указанный диапазон концентраций обеспечивает полное растворение органического вещества и равномерное тонкое покрытие частиц сплава микрокапсулирующим веществом.Microencapsulating organic substances (acetylacetone; polyethylene glycol PEG400 and PEG 6000; polyethylene glycol ether syntanol DS-10; 1,5-diaminoantraquinone) are used in an amount of 0.5-1.5% by weight. Such an amount is necessary for the formation of a thin protective layer on the surface of the particles. Less than 0.5% of the mass. not enough for uniform and complete microencapsulation of nano- and microparticles of alloys. The use of more than 1.5% of the mass. microencapsulating substances leads to the adhesion of particles together with the formation of large agglomerates. The specified concentration range provides complete dissolution of the organic matter and uniform thin coating of the alloy particles with a microencapsulating substance.
Пластификаторы (дибутилфталат или дибутилсебацинат) используются в количестве 0,1 – 1,5% масс. для увеличения пластичности полимеров при переработке. Добавка более 1,5% масс. пластификатора приводит к выпотеванию и образованию крупных капель.Plasticizers (dibutyl phthalate or dibutyl sebacinate) are used in an amount of 0.1 - 1.5% of the mass. to increase the plasticity of polymers during processing. The additive is more than 1.5% of the mass. plasticizer leads to sweating and the formation of large drops.
Содержание порошка сплава должно составлять 85 – 95% масс. Содержание порошка менее 85 % масс. приводит к существенной усадке спеченных изделий, а при более 95% масс. снижается текучесть расплава.The content of the alloy powder should be 85 to 95% of the mass . The powder content is less than 85% of the mass. leads to significant shrinkage of sintered products, and with more than 95% of the mass. Melt flow decreases.
Гранулированный материал (фидсток) может быть использован для формования изделий следующими способами:Granular material (feedstock) can be used for molding products in the following ways:
– инжекционное формование, или литье под давлением в термопластавтомате: гранулы металлопорошковой композиции загружаются в бункер, нагреваются, полученная пластичная масса подается под давлением в прессформу для формования изделий; - injection molding, or injection molding in an automatic molding machine: granules of the metal-powder composition are loaded into the hopper, heated, the resulting plastic mass is supplied under pressure to the mold for molding products;
– аддитивное формование с использованием 3D-принтера с микроэкструдером, диаметр сопла 0,7 мм: гранулы металлопорошковой композиции загружаются в бункер, нагреваются до температуры размягчения, из полученной пластичной массы шнеком экструдера выдавливается нить толщиной 0,7 мм и ею послойно печатается изделие.- additive molding using a 3D printer with a microextruder, nozzle diameter 0.7 mm: the granules of the metal powder composition are loaded into the hopper, heated to a softening temperature, a thread 0.7 mm thick is extruded from the resulting plastic mass with an extruder screw and the product is printed in layers.
ИЗОБРЕТЕНИЕ ПОЯСНЯЕТСЯ ГРАФИЧЕСКИМИ МАТЕРИАЛАМИTHE INVENTION IS EXPLAINED BY GRAPHIC MATERIALS
На фиг.1 представлены микрофотографии бимодальных порошков сплавов: а) ХН70Ю, б) ХН60ВТ и в) 316L.Figure 1 presents micrographs of bimodal powder alloys: a) XN70YU, b) XH60BT and c) 316L.
На фиг.2 представлены ПЭМ-микрофотографии микрокапсулированных бимодальных порошков сплавов: а) ХН70Ю, б) ХН60ВТ и в) 316L.Figure 2 presents TEM micrographs of microencapsulated bimodal powders of alloys: a) ХН70Ю, b) ХН60ВТ and c) 316L.
На фиг.3 представлены микрофотографии изломов гранул металлопорошковой композиции на основе микрокапсулированных бимодальных порошков сплавов: а) ХН70Ю, б) ХН60ВТ и в) 316L.Figure 3 presents microphotographs of fractures of granules of a metal powder composition based on microencapsulated bimodal powders of alloys: a) ХН70Ю, b) ХН60ВТ and c) 316L.
На фиг.4 представлен излом детали, напечатанной с помощью 3D-принтера, фидсток из коррозионностойкого сплава марки 316L.Figure 4 presents a fracture of a part printed using a 3D printer, feedstock from a 316L grade corrosion-resistant alloy.
На фиг. 5 представлен излом детали, полученной литьем под давлением, фидсток из коррозионностойкого сплава марки 316L.In FIG. 5 shows a fracture of a part obtained by injection molding, a feedstock of a 316L grade corrosion-resistant alloy.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Сущность изобретения поясняется также нижеприведенными примерами конкретного выполнения. The invention is also illustrated by the following examples of specific performance.
Пример 1. Получение фидстока из жаропрочного сплава марки ХН70Ю. На фиг.1а представлено СЭМ-изображение бимодального порошка сплава ХН70Ю.Example 1. Obtaining feedstock from a heat-resistant alloy brand ХН70Ю. On figa presents an SEM image of a bimodal powder alloy ХН70Ю.
Деагломерация и микрокапсуляция бимодального порошка сплава ХН70Ю.Deagglomeration and microencapsulation of bimodal powder of ХН70Ю alloy.
0,46 г стеариновой кислоты растворяют в 600 мл углеводородного растворителя нефрас 80-120. В раствор добавляют 60 г бимодального порошка сплава и перемешивают с помощью гомогенизатора со скоростью 5000 об/мин в течение 30 мин. Бимодальный порошок получен методом ЭВП, содержит наночастицы и микрочастицы размером не более 5 мкм. Средний размер наночастиц составляет 80 нм, содержание наночастиц составляет 16% масс. Затем растворитель отгоняют с помощью ротационного испарителя и извлекают микрокапсулированный порошок. Нарабатывают примерно 470 г микрокапсулированного порошка сплава ХН70Ю. На фиг.2а представлено ПЭМ-изображение микрокапсулированного бимодального порошка сплава ХН70Ю.0.46 g of stearic acid is dissolved in 600 ml of hydrocarbon solvent Nefras 80-120. 60 g of bimodal alloy powder is added to the solution and mixed with a homogenizer at a speed of 5000 rpm for 30 minutes. The bimodal powder was obtained by the EEC method and contains nanoparticles and microparticles with a size of not more than 5 microns. The average nanoparticle size is 80 nm, the content of nanoparticles is 16% of the mass. Then, the solvent was distilled off using a rotary evaporator and microencapsulated powder was recovered. Accumulate about 470 g of microencapsulated powder alloy ХН70Ю. On figa presents a TEM image of a microencapsulated bimodal powder alloy ХН70Ю.
Совмещение микрокапсулированных частиц бимодального порошка сплава ХН70Ю с расплавом смеси полимеров.Combination of microencapsulated particles of a bimodal powder of KhN70Y alloy with a melt of a polymer mixture.
Смесь полимеров, состоящую из 15 г полиметилметакрилата, 15 г полиэтиленового воска и 1,5 г пластификатора дибутилфталата загружают в сигма-Z-образный смеситель и перемешивают со скоростью 200 об/мин в течение 30 мин. Затем постепенно не останавливая перемешивание вносят 470 г микрокапсулированного порошка сплава ХН70Ю, нагревают и перемешивают при температуре 140°С со скоростью 200 об/мин в течение 1 ч.A mixture of polymers consisting of 15 g of polymethylmethacrylate, 15 g of polyethylene wax and 1.5 g of dibutyl phthalate plasticizer is loaded into a sigma-Z-shaped mixer and stirred at a speed of 200 rpm for 30 minutes. Then, gradually stopping the stirring, add 470 g of microencapsulated powder of ХН70Ю alloy, heat and mix at a temperature of 140 ° С at a speed of 200 rpm for 1 hour.
Нагретую смесь загружают в бункер экструдера, нагревают до 160°C и экструдируют для получения гранул металлопорошковой композиции на основе сплава ХН70Ю.The heated mixture is loaded into the hopper of the extruder, heated to 160 ° C and extruded to obtain granules of a metal powder composition based on ХН70Ю alloy.
Состав фидстока, масс. %.Feedstock composition, mass. %
На фиг.3а представлен излом гранулы на основе сплава ХН70Ю, показывающий равномерное распределение наночастиц, микрочастиц и полимерного связующего.On figa presents a fracture of a granule based on alloy XH70U, showing a uniform distribution of nanoparticles, microparticles and a polymer binder.
Пример 2. Получение фидстока из жаростойкого сплава марки ХН60ВТ. На фиг. 1б представлено СЭМ-изображение бимодального порошка сплава ХН60ВТ.Example 2. Obtaining feedstock from a heat-resistant alloy brand ХН60ВТ. In FIG. 1b shows an SEM image of a bimodal powder of an XH60BT alloy.
Деагломерация и микрокапсуляция бимодального порошка сплава ХН60ВТ.Deagglomeration and microencapsulation of bimodal powder alloy ХН60ВТ.
0,4 г ПЭГ400 растворяют в 600 мл изопропилового спирта. В раствор добавляют 60 г бимодального порошка сплава и перемешивают с помощью гомогенизатора со скоростью 5000 об/мин в течение 30 мин. Бимодальный порошок сплава ХН60ВТ, полученный методом ЭВП, содержит наночастицы cо средним размером 75 нм, и микрочастицы размером не более 5 мкм. Содержание наночастиц составляет 14% масс. Затем растворитель отгоняют с помощью ротационного испарителя и извлекают микрокапсулированный порошок. Нарабатывают примерно 470 г микрокапсулированного порошка сплава ХН60ВТ. На фиг.2б представлено ПЭМ-изображение микрокапсулированного бимодального порошка сплава ХН60ВТ.0.4 g of PEG400 is dissolved in 600 ml of isopropyl alcohol. 60 g of bimodal alloy powder is added to the solution and mixed with a homogenizer at a speed of 5000 rpm for 30 minutes. The bimodal powder of the XH60BT alloy obtained by the EEC method contains nanoparticles with an average size of 75 nm, and microparticles with a size of not more than 5 μm. The content of nanoparticles is 14% of the mass. Then, the solvent was distilled off using a rotary evaporator and microencapsulated powder was recovered. Accumulate about 470 g of microencapsulated powder alloy XH60BT. Figure 2b shows a TEM image of a microencapsulated bimodal powder of an XH60BT alloy.
Совмещение микрокапсулированных частиц бимодального порошка сплава ХН60ВТ с расплавом смеси полимеров.Combination of microencapsulated particles of a bimodal powder of an XH60BT alloy with a melt of a polymer mixture.
Смесь полимеров, состоящую из 12,5 г сополимера этилвинилацетата, 17,5 г полиэтиленового воска и 2 г пластификатора дибутилфталата загружают в сигма-Z-образный смеситель и перемешивают со скоростью 200 об/мин в течение 30 мин. Затем постепенно не останавливая перемешивание вносят 470 г микрокапсулированного порошка сплава ХН60ВТ, нагревают и перемешивают при температуре 140°C со скоростью 200 об/мин в течение 1 ч. Нагретую смесь загружают в бункер экструдера и перерабатывают в гранулы при 160°C. Получают гранулы металлопорошковой композиции на основе сплава ХН60ВТ размером 1-5 мм. A mixture of polymers consisting of 12.5 g of a copolymer of ethyl vinyl acetate, 17.5 g of polyethylene wax and 2 g of a plasticizer of dibutyl phthalate is loaded into a sigma-Z-shaped mixer and stirred at a speed of 200 rpm for 30 minutes. Then, gradually stopping the stirring, add 470 g of microencapsulated powder of KhN60BT alloy, heat and mix at 140 ° C at a speed of 200 rpm for 1 h. The heated mixture is loaded into the extruder hopper and processed into granules at 160 ° C. Get granules of metal powder compositions based on alloy KhN60BT size 1-5 mm
Состав фидстока, масс. %.Feedstock composition, mass. %
На рисунке 3б представлен излом гранулы на основе сплава ХН60ВТ, показывающий равномерное распределение наночастиц, микрочастиц и полимерного связующего.Figure 3b shows a fracture of a granule based on the KhN60BT alloy, showing a uniform distribution of nanoparticles, microparticles and a polymer binder.
Пример 3. Получение фидстока из коррозионностойкого сплава марки 316L. На фиг. 1в представлено СЭМ-изображение бимодального порошка сплава 316L.Example 3. Obtaining feedstock from a corrosion-resistant alloy grade 316L. In FIG. 1c shows an SEM image of a bimodal powder of alloy 316L.
Деагломерация и микрокапсуляция бимодального порошка сплава 316L.Deagglomeration and microencapsulation of bimodal powder alloy 316L.
0,33 г синтанол ДС-10 растворяют в 600 мл изопропилового спирта. В раствор добавляют 60 г бимодального порошка сплава 316L и перемешивают с помощью гомогенизатора со скоростью 5000 об/мин в течение 30 мин. Бимодальный порошок сплава 316L, полученный методом ЭВП, содержит наночастицы и микрочастицы. Средний размер наночастиц составляет 75 нм, содержание наночастиц составляет 14 % масс. Размер микрочастиц составляет не более 5 мкм. Затем растворитель отгоняют с помощью ротационного испарителя и извлекают микрокапсулированный порошок. Нарабатывают примерно 470 г микрокапсулированного порошка сплава 316L. На фиг. 2в представлено ПЭМ-изображение микрокапсулированного бимодального порошка сплава 316L.0.33 g of syntanol DS-10 is dissolved in 600 ml of isopropyl alcohol. 60 g of bimodal alloy powder 316L are added to the solution and mixed with a homogenizer at a speed of 5000 rpm for 30 minutes. The bimodal powder of alloy 316L obtained by the EEC method contains nanoparticles and microparticles. The average nanoparticle size is 75 nm, the content of nanoparticles is 14% of the mass. The size of the microparticles is not more than 5 microns. Then, the solvent was distilled off using a rotary evaporator and microencapsulated powder was recovered. Approximately 470 g of microencapsulated alloy 316L powder is accumulated. In FIG. 2c shows a TEM image of a microencapsulated bimodal powder of alloy 316L.
Совмещение микрокапсулированных частиц бимодального порошка сплава 316L с расплавом полимеров.Combination of microencapsulated particles of bimodal powder of alloy 316L with polymer melt.
Смесь полимеров, состоящую из 17,5 г полилактида, 14 г полиэтиленового воска и 1 г пластификатора дибутилсебацината загружают в сигма-Z-образный смеситель и перемешивают со скоростью 200 об/мин в течение 30 мин. Затем постепенно, не останавливая перемешивание, вносят 470 г микрокапсулированного порошка сплава 316L, нагревают и перемешивают при температуре 140°C со скоростью 200 об/мин в течение 1 ч. Нагретую смесь загружают в бункер экструдера и перерабатывают в гранулы при 160°C. Получают гранулы металлопорошковой композиции на основе сплава 316L размером 1-5 мм.A mixture of polymers consisting of 17.5 g of polylactide, 14 g of polyethylene wax and 1 g of dibutyl sebacinate plasticizer is loaded into a sigma-Z-shaped mixer and stirred at a speed of 200 rpm for 30 minutes. Then, gradually, without stopping stirring, 470 g of microencapsulated 316L alloy powder was introduced, heated and stirred at 140 ° C at a speed of 200 rpm for 1 h. The heated mixture was loaded into the extruder hopper and processed into granules at 160 ° C. Get granules of metal powder composition based on alloy 316L with a size of 1-5 mm
Состав фидстока, масс. %.Feedstock composition, mass. %
На фиг.3в представлен излом гранулы на основе сплава 316L, показывающий равномерное распределение наночастиц, микрочастиц и полимерного связующего.On figv presents a fracture of the granule based on alloy 316L, showing a uniform distribution of nanoparticles, microparticles and a polymer binder.
Пример 4. Аддитивное формование деталей.Example 4. Additive molding of parts.
Фидсток из коррозионностойкого сплава марки 316L, полученный по примеру 3, загружают в бункер 3D-принтера, оснащенного микроэкструдером с диаметром сопла 0,7 мм, нагревают до температуры плавления фидстока 140°C и формирующейся нитью печатают изделие. На фиг. 4 представлен излом детали, напечатанной с помощью 3D-принтера, показывающий равномерное распределение наночастиц, микрочастиц и полимерного связующего, и низкую пористость «зеленой» детали.The feedstock from a 316L corrosion-resistant alloy obtained according to Example 3 is loaded into the hopper of a 3D printer equipped with a microextruder with a nozzle diameter of 0.7 mm, heated to a feedstock melting point of 140 ° C and the product is printed using the resulting filament. In FIG. 4 is a fracture of a part printed using a 3D printer, showing a uniform distribution of nanoparticles, microparticles and a polymeric binder, and low porosity of the green part.
Пример 5 – Литье под давлениемExample 5 - Injection Molding
Фидсток из коррозионностойкого сплава марки 316L, полученный по примеру 3, загружают в термопластавтомат, нагревают до температуры плавления фидстока 120°C и подают расплав под давлением 75 МПа в пресс-форму. На рисунке 5 представлен излом детали, полученной литьем под давлением. Сформованные детали спекают в вакуумной печи при температуре 1300°C в течение 30 мин. Плотность спеченных изделий, полученных из металлопорошковой композиции на основе сплава 316L составляет 0,95±0,02 от теоретической плотности сплава.Feedstock from a 316L corrosion-resistant alloy obtained in Example 3 is loaded into an injection molding machine, heated to a feedstock melting point of 120 ° C, and the melt is fed under pressure of 75 MPa into the mold. Figure 5 shows a fracture of a die cast part. The molded parts are sintered in a vacuum oven at a temperature of 1300 ° C for 30 minutes. The density of sintered products obtained from a metal-powder composition based on 316L alloy is 0.95 ± 0.02 of the theoretical density of the alloy.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019118639A RU2718946C1 (en) | 2019-06-17 | 2019-06-17 | Method of producing granular metal-particle composition (feedstock) and composition obtained using said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019118639A RU2718946C1 (en) | 2019-06-17 | 2019-06-17 | Method of producing granular metal-particle composition (feedstock) and composition obtained using said method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2718946C1 true RU2718946C1 (en) | 2020-04-15 |
Family
ID=70277809
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019118639A RU2718946C1 (en) | 2019-06-17 | 2019-06-17 | Method of producing granular metal-particle composition (feedstock) and composition obtained using said method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2718946C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2760015C1 (en) * | 2020-11-30 | 2021-11-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Method for producing a thermoplastic polymer ceramic filament for 3-d printing by means of fused deposition |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20060092196A (en) * | 2006-08-07 | 2006-08-22 | 한양대학교 산학협력단 | Fabrication method of nano-sized metal powder and fabrication method of sintered body by using the same |
RU2310542C1 (en) * | 2006-07-17 | 2007-11-20 | ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "НаноМет" | Metal-polymer composition for producing steel blanks |
US20080286141A1 (en) * | 2004-07-23 | 2008-11-20 | Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University | Method for Preparing Nano-Sized Metal Powder Feedstock and Method for Producing Sintered Body Using the Feedstock |
US7585458B2 (en) * | 2004-03-08 | 2009-09-08 | Battelle Memorial Institute | Method of using a feedstock composition for powder metallurgy forming of reactive metals |
RU2630142C1 (en) * | 2016-11-30 | 2017-09-05 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (НИ ТПУ) | Method of producing metallic fidstock |
RU2643539C1 (en) * | 2016-12-02 | 2018-02-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method of fractioning polydisperse mixtures of nano- and micro particles |
US10189204B2 (en) * | 2016-12-14 | 2019-01-29 | Desktop Metal, Inc. | Composite feedstock for additive manufacturing |
-
2019
- 2019-06-17 RU RU2019118639A patent/RU2718946C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7585458B2 (en) * | 2004-03-08 | 2009-09-08 | Battelle Memorial Institute | Method of using a feedstock composition for powder metallurgy forming of reactive metals |
US20080286141A1 (en) * | 2004-07-23 | 2008-11-20 | Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University | Method for Preparing Nano-Sized Metal Powder Feedstock and Method for Producing Sintered Body Using the Feedstock |
RU2310542C1 (en) * | 2006-07-17 | 2007-11-20 | ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "НаноМет" | Metal-polymer composition for producing steel blanks |
KR20060092196A (en) * | 2006-08-07 | 2006-08-22 | 한양대학교 산학협력단 | Fabrication method of nano-sized metal powder and fabrication method of sintered body by using the same |
RU2630142C1 (en) * | 2016-11-30 | 2017-09-05 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (НИ ТПУ) | Method of producing metallic fidstock |
RU2643539C1 (en) * | 2016-12-02 | 2018-02-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method of fractioning polydisperse mixtures of nano- and micro particles |
US10189204B2 (en) * | 2016-12-14 | 2019-01-29 | Desktop Metal, Inc. | Composite feedstock for additive manufacturing |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2760015C1 (en) * | 2020-11-30 | 2021-11-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Method for producing a thermoplastic polymer ceramic filament for 3-d printing by means of fused deposition |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6633677B2 (en) | Powder material used for powder additive manufacturing and powder additive manufacturing method using the same | |
US5950063A (en) | Method of powder injection molding | |
JPH01156401A (en) | Raw material for injection-molding metal powder and its using method | |
EP2543457A1 (en) | Powder containing core particles coated with polymer containing metals, metal oxides, metal nitrides or half metal nitrides | |
JP5439194B2 (en) | Organic binder manufacturing method and organic binder | |
JP2002515542A (en) | Iron-based composition for metallurgy containing flow agent and method of using the same | |
CN106280201A (en) | 3 D-printing wire rod | |
RU2718946C1 (en) | Method of producing granular metal-particle composition (feedstock) and composition obtained using said method | |
EP2543696A1 (en) | Powder containing core particles coated with polymer | |
JPH03180402A (en) | Binding composition for use in injection or extrusion molding of metal or ceramic powder | |
EP2038342B1 (en) | Process for manufacturing a masterbatch for injection moulding or for extrusion | |
EP3541552A1 (en) | Method for producing a porous moulded body and porous moulded body | |
JP2021506637A (en) | 3D printing method and the resulting porous structure article | |
JP2014518192A (en) | Manufacturing method of colored ceramic parts by PIM | |
KR100889256B1 (en) | Metal composite powder consisted of core-shell structure for a good laser sintering property and manufacturing method thereof | |
CN113878113B (en) | Ceramic-stainless steel composite material and preparation method thereof | |
KR20220071955A (en) | Feedstock for extrusion type 3D printing process, method of fabricating of the same, and 3D printing process using the same | |
RU2701228C1 (en) | Thermoplastic granulated material (feedstock) and method of its production | |
DE4407760C2 (en) | Thermoplastic molding compositions and their use | |
DE10149793B4 (en) | Process for the production of sintered bodies from a plastic molding composition containing powder, wax and solvent | |
Toropkov et al. | Feedstock investigation based on SAE 316L steel bimodal powders and PLA/PMMA for injection molding: An experimental study | |
JP3839626B2 (en) | Resin-containing wax spherical granules and method for producing the same, and ceramic molded body and method for producing the same | |
JP2949130B2 (en) | Method for producing porous metal filter | |
JP2793919B2 (en) | Method for producing raw material compound for metal powder injection molding | |
CN113547118B (en) | Metal powder feeding mixing method for increasing capacity of binder |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200310 Effective date: 20211119 |