RU2754258C1 - Способ получения порошка на основе алюминия для 3D печати - Google Patents

Способ получения порошка на основе алюминия для 3D печати Download PDF

Info

Publication number
RU2754258C1
RU2754258C1 RU2021106704A RU2021106704A RU2754258C1 RU 2754258 C1 RU2754258 C1 RU 2754258C1 RU 2021106704 A RU2021106704 A RU 2021106704A RU 2021106704 A RU2021106704 A RU 2021106704A RU 2754258 C1 RU2754258 C1 RU 2754258C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
powder
alloy
aluminum
printing
spraying
Prior art date
Application number
RU2021106704A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Григорьевич Шевченко
Данил Александрович Еселевич
Максим Николаевич Бакланов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук
Priority to RU2021106704A priority Critical patent/RU2754258C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2754258C1 publication Critical patent/RU2754258C1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/0003
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошка на основе алюминия для 3D печати. В расплав алюминия в качестве двойной лигатуры вводят Al2V3 в количестве 0,43–1,41 мас.% от общей массы сплава. Распыление осуществляют в атмосфере чистого азота при давлении 10-12 атм с использованием форсунки щелевого типа с диаметром металлопровода не более 3 мм. Обеспечивается расширение номенклатуры порошковых сплавов, обладающих рабочими характеристиками, необходимыми для использования в аддитивных технологиях. 2 ил., 2 табл., 2 пр.

Description

Изобретение относится к металлургии, более конкретно к области порошковых алюминиевых материалов, которые могут быть использованы в аддитивных технологиях.
Развитие нетрадиционных методов получения материалов и изделий из них, в частности, технологий селективного лазерного сплавления (СЛС), требует разработки не только машин для аддитивного производства изделий, но и решения проблем получения порошковых материалов, являющихся сырьем для метода СЛС [Зленко М.А. Аддитивные технологии в машиностроении / М.А. Зленко, М.В. Нагайцев, В.М. Довбыш // Пособие для инженеров. - М.: ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ». 2015. 220 С.].
Широкое применение в этой перспективной (инновационной) области производства металлических изделий, как и в традиционных методах порошковой металлургии, нашли порошки алюминиевых сплавов. Наиболее востребованными в процессах 3Д печати в настоящее время являются используемые порошковой металлургией сплавы на основе алюминия (AlSi10Mg, AlSi12, AlSi7Mg, AlSi9Cu3, AlMg4.5Mn0.4) [Осокин Е.Н. Процессы порошковой металлургии. Версия 1.0 [Электронный ресурс]: курс лекций / Е.Н. Осокин, О.А. Артемьева. – Электрон. дан. – Красноярск: ИПК СФУ. 2008. 421 С.; Гопиенко В.Г. Металлические порошки алюминия, магния, титана и кремния. Потребительские свойства и области применения / В.Г. Гопиенко [и др.]; под ред. А.И. Рудского. – СПб.: Изд-во Политехн. Ун-та. 2012. – 356 С.]. Однако для расширения сферы использования технологий СЛС и повышения эксплуатационных характеристик материалов и изделий из них, необходима разработка новых сплавов и порошков на их основе.
Известен способ получения порошков алюминия и его сплавов, включающий приготовление расплава алюминия или его сплавов, перегрев выше температуры ликвидуса на 50-150oС и распыление газовым потоком, согласно изобретению расплав подают через необогреваемый металлоприемник, распыление осуществляют холодным воздухом при соблюдении следующей зависимости: Рв= (0,07-0,15)DМ, где Рв - давление воздуха, МПа; DМ - диаметр выпускного отверстия металлоприемника, мм, при этом образующиеся металлические частицы улавливают в емкость с водой, расположенную на расстоянии 2,5-3,0 м от торца форсунки; причем при приготовлении расплава, содержащего до 30% мелких кусковых отходов, применяют покровно-рафинирующие флюсы на основе галоидных солей щелочных и щелочноземельных металлов (патент RU 2203775; МПК B22F 9/08, B22F 9/06; 2003 год).
Недостатком известного способа является использования покровно-рафинирующих флюсов, что усложняет процесс производства. Кроме того, распыление холодным воздухом может привести к получению аморфных по структуре сплавов, что исключает возможность их использования в аддитивных технологиях.
Известен способ получения сплава на основе титана, содержащий в качестве легирующих элементов алюминий и ванадий, используемый для 3D печати, полученный путем технологией прямого расплава, основанной на электронно-лучевой или лазерной плавке, при этом сплав содержит до 0,2 масс.% кислорода (патент EP 3458619; МПК B33Y 70/00, C22C 14/00; 2019 год).
Недостатками известного способа являются, во-первых, использование в качестве исходного дорогого порошка титана, во-вторых, достаточно высокое содержание кислорода в конечном продукте уменьшает количество циклов использования порошка для 3D печати.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения порошкового материала на основе алюминиевого сплава для изготовления изделий с использованием аддитивных технологий, включающий получение расплава алюминия, введение легирующих компонентов, в частности двойных лигатур, с последующим распылением в атмосфере азота с добавкой кислорода в количестве 0,1-0,8 мас.% кислорода, что обеспечивает содержание кислорода в порошковом материале 0,001-0,2 масс.% (патент RU2737902; МПК C22C 1/04, B22F 1/00, C22C 21/00; 2020 год)(прототип).
Недостатками известного способа получения порошкового материала являются, во-первых, сложный состав исходного сплава за счет большого количества легирующих компонентов; во-вторых, ведение распыление в атмосфере, содержащей кислород, что затрудняет последующее рециклирование порошкового материала при изготовлении деталей с помощью аддитивных технологий; в-третьих, достаточно высокое содержание кремния может способствовать в дальнейшем увеличению хрупкости изделий.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ получения порошка на основе алюминия, обеспечивающий расширение номенклатуры порошковых сплавов для 3D печати, обладающих рабочими характеристиками, необходимыми для использования в аддитивных технологиях.
Поставленная задача решена в способе получения порошка на основе алюминия для 3D печати, включающем получение расплава алюминия, введение легирующего компонента в виде двойной лигатуры, выдержку при перемешивании и последующее распыление, в котором в качестве двойной лигатуры используют лигатуру состава Al2V3 в количестве 0.43 – 1,41 масс.% от общей массы сплава и распыление осуществляют в атмосфере чистого азота при давлении 10-12 атм с использованием форсунки щелевого типа с диаметром металлопровода не более 3 мм.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения порошка на основе алюминия для 3D печати с использованием лигатуру состава Al2V3 и проведением распыления в атмосфере чистого азота.
В настоящее время сплавы системы Al-V находят широкое применение в качестве материалов, обладающих высокой коррозионной устойчивостью и повышенными механическими свойствами. Материалы из этих сплавов имеют коммерческое применение при производстве изделий аэрокосмической техники, биоматериалов с высокими механическими свойствами, металломатричных композитов в автомобилестроении. Перспективным направлением является разработка способов получения порошковых сплавов системы Al-V для использования в аддитивных технологиях. Предлагаемый авторами способ позволяет получить порошковый сплав, имеющий рабочие характеристики, позволяющие использовать его в области 3D печати. Однако исследования, проведенные авторами, позволили выявить пределы содержания легирующего компонента, необходимые и достаточные для получения требуемых рабочих характеристик. Так, при содержании ванадия в сплаве менее 0.43 масс. % от общей массы сплава отсутствует текучесть порошка. При содержании ванадия более 1,41 масс. % от общей массы сплава наблюдается неполное растворение (усвоение) лигатуры. Легирование сплава ванадием, образующим прочные оксиды, обусловливает использование в качестве энергоносителя инертного газа, в предлагаемом техническом решении - чистого азота. Кроме того, отсутствие кислорода позволяет избежать расплескивания расплава при его распылении и увеличивает срок хранения порошка за счет отсутствия образования оксидной пленки на его поверхности. Использование форсунки щелевого типа с диаметром металлопровода не более 3 мм при распылении азотом позволяет не только обеспечить равномерность химического состава за счет свободного истечение расплава, но и получить частицы, имеющие форму близкую к сферической. Такие частицы более компактно укладываются при послойном заполнении определенного объема и обеспечивают текучесть порошковой системы при подаче дисперсного материала в область консолидации при лазерном сплавлении.
Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Для приготовления сплава используют технически чистый Al марки А85, содержащий 99.85 масс. % Al. Получают расплав алюминия и вводят в расплав двойную лигатуру состава Al2V3 в количестве 0.43 – 1,41 масс. % от общей массы сплава, выдерживают расплав при перемешивании до полного растворения лигатуры. Температуру расплава держат в интервале 750-850 оС, при снижении температуры ниже 750оС имеющиеся в расплаве микрогруппировки интерметаллидов способны забивать форсунку при распылении, а сама лигатура усваивается не полностью. Затем осуществляют распыление в атмосфере чистого азота при давлении 10-12 атм с использованием форсунки щелевого типа с диаметром металлопровода не более 3 мм. Полученные порошки после распыления расплава просеивают через сита 10 и 50 мкм для получения частиц требуемого гранулометрического состава. Полученные порошки анализировали рентгенофазовым и химическим анализами. Требования к порошам для 3Д печати определяются типом машины для селективного лазерного сплавления. Использование принтера компании EOS SLM280 HL требует соблюдения следующих характеристик, которым полностью соответствует порошок, полученный предлагаемым способом:
• Химический состав высокой однофазности
• Гранулометрический и фракционный состав: 20-40 мкм не менее 80%; 10-50 мкм до 20 %
• Высокая степень сферичности
• Морфология поверхности – отсутствие сателлитов и пор
• Текучесть и насыпная плотность – на уровне импортных аналогов по прибору Холла
• Возможность длительного хранения.
На фиг. 1 изображена микрофотография (а) и распределение по размерам (б) частиц порошка сплава состава Al-0.43%V для 3Д-печати.
На фиг. 2 изображена морфология (а) и распределение по размерам частиц (б) порошка сплава Al-1.41%V для 3Д-печати.
Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами конкретного исполнения.
Пример 1. Для приготовления порошкового сплава использовали технически чистый Al марки А85, содержащий 99.85 масс. % Al. В качестве легирующего компонента использовал двойную лигатуру состава Al2V3 (производство АО «Уралредмет» ВнАЛ-1Д (70 масс. % V в Al) в виде гранул размером до 25 мкм. Приготовление расплава, легирование и распыление проводили на установке УР-4 фирмы «НЕТРАМ» с использованием газовой форсунки щелевого типа с металлопроводом из графита с отверстием диаметром 3 мм. 9.96 кг алюминия загружали в тигель установки и нагревали до температуры 750оС. В расплав добавляли 40 г лигатуры, что соответствует 0.43 масс. % от общей массы алюминия, тщательно перемешивали и выдерживали 30 мин. для растворения лигатуры. Установку вакуумировали до давления 0.1 мм. рт. ст. и заполняли азотом особой чистоты 1 сорт (ГОСТ 9293-74) под давлением 10 атм, содержание кислорода в азоте не более 0.0005 масс. %. Осуществляли распыление. Полученные порошки после распыления расплава просеивали через сита 10 и 50 мкм для получения частиц требуемого гранулометрического состава. По данным рентгенофазового и химического анализов получали порошковый сплав состава Al-0.43%V (см. фиг.1). В таблице 1 приведены основные характеристики порошка сплава для СЛС.
Таблица 1.
Характеристики порошка сплава Al-0.43%V
Характеристики порошка Al-0.43%V
Фракционный состав, 10-50 мкм, % 30
Содержание кислорода, % 0.04
Насыпная плотность, г/см3 2.5
Текучесть, с затруднена
Пористость, % нет
Пример 2. Для приготовления порошкового сплава использовали технически чистый Al марки А85, содержащий 99.85 масс. % Al. В качестве легирующего компонента использовал двойную лигатуру состава Al2V3 (производство АО «Уралредмет» ВнАЛ-1Д (70 масс. % V в Al) в виде гранул размером до 25 мкм). Приготовление расплава, легирование и распыление проводили на установке УР-4 фирмы «НЕТРАМ» с использованием газовой форсунки щелевого типа с металлопроводом из графита с отверстием диаметром 3 мм. 9.86 кг алюминия загружали в тигель установки и нагревали до температуры 850 оС. В расплав добавляли 140 г лигатуры, что соответствует 1.41. масс. % от общей массы алюминия, тщательно перемешивали и выдерживали 30 мин. для растворения лигатуры. Установку вакуумировали до давления 0.1 мм. рт. ст. и заполняли азотом особой чистоты 1 сорт (ГОСТ 9293-74) под давлением 12 атм, содержание кислорода в азоте не более 0.0005 масс. %. Осуществляли распыление. Полученные порошки после распыления расплава просеивали через сита 10 и 50 мкм для получения частиц требуемого гранулометрического состава. По данным рентгенофазового и химического анализов получали порошковый сплав состава Al-1.41%V (см. фиг.2). В таблице 2 приведены основные характеристики порошка сплава для СЛС.
Таблица 2
Характеристики порошка сплава Al-1.41%V
Характеристики порошка Al-1.41 масс. % V
Фракционный состав, 10-50 мкм, % 32
Содержание кислорода, % 0.04
Насыпная плотность, г/см3 2.7
Текучесть, с 39
Пористость, % нет
Таким образом, авторами предлагается способ получения порошка на основе алюминия для 3D печати, обеспечивающий расширение номенклатуры порошковых сплавов для 3D печати, обладающих рабочими характеристиками, необходимыми для использования в аддитивных технологиях.

Claims (1)

  1. Способ получения порошка на основе алюминия для 3D печати, включающий получение расплава алюминия, введение легирующего компонента в виде двойной лигатуры, выдержку при перемешивании и последующее распыление, отличающийся тем, что в качестве двойной лигатуры используют лигатуру состава Al2V3 в количестве 0,43–1,41 мас.% от общей массы сплава и распыление осуществляют в атмосфере чистого азота при давлении 10-12 атм с использованием форсунки щелевого типа с диаметром металлопровода не более 3 мм.
RU2021106704A 2021-03-16 2021-03-16 Способ получения порошка на основе алюминия для 3D печати RU2754258C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021106704A RU2754258C1 (ru) 2021-03-16 2021-03-16 Способ получения порошка на основе алюминия для 3D печати

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021106704A RU2754258C1 (ru) 2021-03-16 2021-03-16 Способ получения порошка на основе алюминия для 3D печати

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2754258C1 true RU2754258C1 (ru) 2021-08-31

Family

ID=77670065

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021106704A RU2754258C1 (ru) 2021-03-16 2021-03-16 Способ получения порошка на основе алюминия для 3D печати

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2754258C1 (ru)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2081733C1 (ru) * 1995-05-04 1997-06-20 Акционерное общество "Надвоицкий алюминиевый завод" Алюминиевый порошок и способ его получения
RU2191659C2 (ru) * 2000-06-13 2002-10-27 Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" Способ получения сферических алюминиево-магниевых порошков
EP2540420B1 (en) * 2011-06-27 2015-11-04 United Technologies Corporation Production of atomized powder for glassy aluminum-based alloys
US20160102388A1 (en) * 2013-05-07 2016-04-14 Charles Grant Purnell Aluminium alloy products, and methods of making such alloy products
RU2717441C1 (ru) * 2018-05-21 2020-03-23 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Алюминиевый сплав для аддитивных технологий
RU2730821C1 (ru) * 2019-12-27 2020-08-26 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Жаропрочный порошковый алюминиевый материал
EP3725439A2 (de) * 2019-04-15 2020-10-21 Karl Rimmer Herstellung eines metall-pulvers einer aluminiumlegierung zur verwendung als werkstoff in der additiven fertigung
RU2741022C1 (ru) * 2019-12-13 2021-01-22 Акционерное общество "Объединенная компания РУСАЛ Уральский Алюминий" (АО "РУСАЛ Урал") Порошковый алюминиевый материал

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2081733C1 (ru) * 1995-05-04 1997-06-20 Акционерное общество "Надвоицкий алюминиевый завод" Алюминиевый порошок и способ его получения
RU2191659C2 (ru) * 2000-06-13 2002-10-27 Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" Способ получения сферических алюминиево-магниевых порошков
EP2540420B1 (en) * 2011-06-27 2015-11-04 United Technologies Corporation Production of atomized powder for glassy aluminum-based alloys
US20160102388A1 (en) * 2013-05-07 2016-04-14 Charles Grant Purnell Aluminium alloy products, and methods of making such alloy products
RU2717441C1 (ru) * 2018-05-21 2020-03-23 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Алюминиевый сплав для аддитивных технологий
EP3725439A2 (de) * 2019-04-15 2020-10-21 Karl Rimmer Herstellung eines metall-pulvers einer aluminiumlegierung zur verwendung als werkstoff in der additiven fertigung
RU2741022C1 (ru) * 2019-12-13 2021-01-22 Акционерное общество "Объединенная компания РУСАЛ Уральский Алюминий" (АО "РУСАЛ Урал") Порошковый алюминиевый материал
RU2730821C1 (ru) * 2019-12-27 2020-08-26 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Жаропрочный порошковый алюминиевый материал

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108330344B (zh) 一种3D打印7xxx铝合金及其制备方法
US20200139432A1 (en) Additive Manufacturing
US10710156B2 (en) Process for additive manufacturing of parts by melting or sintering particles of powder(s) using a high-energy beam with powders adapted to the targeted process/material pair
US11701709B2 (en) Methods for nanofunctionalization of powders, and nanofunctionalized materials produced therefrom
EP2766136B1 (de) Oberflächenpassivierung von aluminiumhaltigem pulver
CN100572582C (zh) 在钛基基体中具有超细硼化钛颗粒分散体的制品
JP2018508393A (ja) 反応性付加製造
Jing et al. Influence of Ag-modified graphene nanosheets addition into Sn–Ag–Cu solders on the formation and growth of intermetallic compound layers
JP2014515792A (ja) 球状チタンおよび球状チタン合金粉末を生成する低コスト処理法
CN1675014A (zh) 不熔化制备金属性合金制品的方法
CN1699000A (zh) 用于无熔化地制备具有其它添加成分的金属制品的方法
CN112191854B (zh) 一种3d打印用硬质合金粉末及其应用
CN110052615A (zh) 一种选区激光熔化制备高强铝合金的方法
CN109014182A (zh) 增材制造用7000系铝合金粉末及其制备方法
CN111742072A (zh) 含铝合金用于增材制造的用途
Paul et al. Microstructure and phase transformations near the bonding zone of Al/Cu clad manufactured by explosive welding
CN113059172A (zh) 一种纳米多相增强钛基复合材料增材制造专用球形粉末的制造方法
Tepper Nanosize powders produced by electro-explosion of wire and their potential applications
RU2754258C1 (ru) Способ получения порошка на основе алюминия для 3D печати
RU2408450C2 (ru) Получение порошков вентильных металлов с улучшенными физическими и электрическими свойствами
CN111531180B (zh) 一种3d打印用金属铍粉及其制备方法、应用
US20210101157A1 (en) Spherical composite powder
CN105132766B (zh) Al‑Ta‑Zn中间合金及其制备方法
CN113026013B (zh) 一种耐蚀锆基非晶合金复合材料涂层的制备方法
Jiang et al. Solidification Behavior of in situ TiB2/Cu Composite Powders during Reactive Gas Atomization