[发明专利]一种用于3D打印的金属粉末界面的改性方法

说明书

本发明提供了一种用于3D打印的金属粉末界面的改性方法。将金属制成旋转电极棒，采用转移弧式等离子枪将氩气电离，在弧光的极端温度下使金属熔化，在离心力作用下喷射出液滴并冷却成粉末，再在弱酸液中与钛源预固定，进一步在稀硝酸液中反应生成纳米二氧化钛包覆金属粉末，最后进行毫秒激光焊接，即可实现对金属粉末的界面改性。该方法通过在金属粉末表面分散牢固固定的二氧化钛纳米晶，不仅保证了改性效果，更重要的是克服了3D打印的金属制品易开裂、应力不均现象，提高3D打印的精度和强度，并且整个制备方法工艺过程简单，便于控制，成本较低，可大规模推广。

技术领域

本发明涉及金属材料领域，具体涉及金属粉末的界面改性，特别是涉及一种用于3D打印的金属粉末界面的改性方法。

背景技术

信息时代以来，以网络技术和数字技术为代表的新技术的出现正在深刻地改变着人类社会的方方面面。而3D打印技术作为战略性新兴产业，正在快速改变传统的生产方式和生活方式，世界各国均高度重视并积极推广该技术。不少专家认为，以数字化、网络化、个性化、定制化为特点的3D打印技术为代表的新制造技术将推动第三次工业革命。随着科技发展及推广应用的需求，利用快速成型直接制造金属功能零件成为了快速成型主要的发展方向。

金属构建3D打印技术作为整个3D打印体系中最为前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向，广泛应用于航空航天、汽车摩托车、家电等领域。从金属3D打印实现方式分类，主要有两种，分别是烧结式和熔覆式：烧结工艺分为激光烧结和电子束烧结，这类产品主要优点是成型的精度较高，缺点是成型速度低，成型尺寸限制在300mm左右；主要应用于医疗和小型模具制造；激光熔覆成型工艺的主要优点是冶金质量好、成型速度快、成型尺寸大，但精度较低，需后续机加工，典型应用是航空高强度结构件、叶片制造、各种金属模具的直接成型。而无论是采用何种工艺，高性能金属构件直接制造技术与配套材料的发展密不可分，因此金属构件直接制造所使用的高性能金属粉成为金属制品快速制造的关键。

金属构件3D 打印材料的研发和突破是金属构件3D打印技术推广应用的基础，也是满足打印的根本保证，包括单一金属粉末、合金粉末以及具有金属性质的某些难熔化合物粉末。3D 打印金属粉末材料包括钴铬合金、不锈钢、工业钢、青铜合金、钛合金和镍铝合金等，除需具备良好的可塑性外，还必须满足粉末粒径细小、粒度分布较窄、球形度高、流动性好和松装密度高等要求。目前3D 打印金属材料的发展方向主要有3个方面：一是如何在现有使用材料的基础上加强材料结构和属性之间的关系研究，根据材料的性质进一步优化工艺参数，增加打印速度，降低孔隙率和氧含量，改善表面质量；二是研发新材料使其适用于3D打印，如开发耐腐蚀、耐高温和综合力学性能优异的新材料；三是修订并完善3D打印粉体材料技术标准体系，实现金属材料打印技术标准的制度化和常态化。其中通过对材料的改性和优化而提高其性能是国内外研究人员的主要研究方向。

中国发明专利申请号201510400382.1公开了一种钛合金激光3D打印改进方法，具体方法为：将钛或钛合金粉末与改良原料粉末球磨混粉均，激光3D打印。此发明制备出的激光3D打印钛金属产品中金相组织细小；而且可以大幅拓宽后续热处理窗口，使高温退火形成平衡组织得以实现，能够进行长时间固溶处理或退火处理，从而获得均匀金相组织，大幅改善了其力学性能。

中国发明专利申请号201410134451.4公开了一种3D打印用的金属粉体材料，以包裹有松香薄膜的镁粉为基本材料，加入一定比例的包裹有松香薄膜的镍粉作为支持材料，加入一定比例的铝粉为中间材料，三种金属粉经过充分搅拌、混合均匀后成为用于3D打印的镁基金属粉。

中国发明专利申请号201710114877.7公开了一种3D打印用纳米金属合金粉末及其制备方法，此发明中的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，聚季铵盐改性氧化石墨烯。