[发明专利]3D打印用纳米金属合金粉末及其制备方法

说明书

本发明公开了3D打印用纳米金属合金粉末，包括：100重量份的双层聚合物包覆纳米金属合金粉，所述双层聚合物包覆纳米金属合金粉以纳米金属合金粉为内核，且由内而外，依次包覆有磺化聚醚胺层以及聚醚胺‑超支化聚吡咙共聚物层；以及20‑50重量份的聚季铵盐改性氧化石墨烯。本发明还公开了所述3D打印用纳米金属合金粉末的制备方法。

技术领域

本发明属于纳米粉体技术领域，更具体地，本发明涉及一种3D打印用纳米金属合金粉末及其制备方法。

背景技术

3D打印技术又称三维打印技术，是指通过可以“打印”出真实物体的3D打印机，采用分层加工、迭加成形的方式逐层增加材料来生成3D实体。英国《经济学人》杂志是最早将3D打印称为“第三次工业革命的引擎”的媒体。3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。

随着全球化的进行，3D打印技术已成为全球最关注的新兴技术之一。这种新型的生产方式与其他数字化生产模式一起将推动第三次工业革命的实现。制约3D打印技术迅速发展的其中一大瓶颈是打印材料。可供3D打印使用的材料主要有3大类：一类是金属材料，如包括钴铬合金、不锈钢、工业钢、青铜合金、钛合金和镍铝合金等，应用于航空航天、医药等高端领域；一类是高分子材料，如丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物（A B S）、聚乳酸（P LA）、聚碳酸酯（P C）、尼龙粉、石膏粉、光敏树脂、聚氯乙烯（P VC）等；还有一类是无机非金属，如陶瓷。其中，金属粉末的应用尤其广泛。在高性能金属构件直接制造方面，需要低氧含量、细粒径、高球形度的钛及钛合金粉末或镍基、钴基高温合金粉末。

研发和生产性能更好和通用性更强的金属材料是提升3D打印技术的关键。一般来讲，金属粉末粒径越小，熔融速度越快，可以提高打印速度和精度。但当金属粉末粒径达到纳米级别时(粒度直径20nm～900nm)时，金属粉末的分散性变差且球形度也变差，导致金属粉末输送困难，从而导致打印物体精度不高，打印尺寸不精确，以及由于粉末的飘扬导致打印机故障增加和打印头容易堵塞的问题，这大大限制了纳米级的金属粉末在3D打印制造中的应用。

因此，需要对现有的3D打印用金属粉体进行多层次包覆改性处理，以制备具有更好的分散性和球形度的产品，以解决打印物体精度低、打印尺寸不精确、打印机故障增加以及打印头容易堵塞的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的一个方面提供3D打印用纳米金属合金粉末，按重量份计，包括：

100重量份的双层聚合物包覆纳米金属合金粉，所述双层聚合物包覆纳米金属合金粉以纳米金属合金粉为内核，且由内而外，依次包覆有磺化聚醚胺层以及聚醚胺-超支化聚吡咙共聚物层；以及20-50重量份的聚季铵盐改性氧化石墨烯；

所述纳米金属合金粉选自钛合金粉、镍铝合金粉、钴铬合金粉以及青铜合金粉中的至少一种。

在一种实施方式中，所述纳米金属合金粉的粒径为50-900纳米。

在一种实施方式中，所述磺化聚醚胺层的厚度为5-200纳米。

在一种实施方式中，所述磺化聚醚胺由以下方法制备而成：

在1000mL干燥的三颈瓶中，依次加入100克的环氧树脂E51、0.255mol的苄胺和500克二甲基亚砜，通氮气保护并磁力搅拌；室温搅拌1h后，升温80℃反应4h, 反应结束后，降至室温，并迅速倒入150mL去离子水中，得到大量固体沉淀；用去离子水反复洗涤该产物后，抽滤并收集聚合物，于真空烘箱中，60℃干燥20 小时，得到聚醚胺；

在100mL干燥的三颈瓶中，依次加入1克的上述聚醚胺以及10mL的质量分数98%的浓硫酸，在氮气保护下，25℃下搅拌60min后，倒入冰水中，用冰水反复洗涤该产物后，抽滤并收集聚合物，于真空烘箱中，80℃干燥24小时即得磺化聚醚胺。