[发明专利]一种透气模具钢和选区激光熔化制备透气模具钢的方法

说明书

本发明公开了一种透气模具钢和选区激光熔化制备透气模具钢的方法，利用选区激光熔化(SLM)成型技术，同时采用加入氮化铬(CrN)的方法，成功制备出了内部具有连通孔隙、孔径较小且可透气的模具钢，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及模具钢成型领域，尤其是涉及一种透气模具钢和选区激光熔化制备透气模具钢的方法。

背景技术

随着模具工业的发展，在一些精密复杂的高档模具注塑过程中可能会产生困气现象，致使成型塑料件外观、性能和使用寿命受到影响。注塑过程中产生的气体大多数是通过引入排气系统(比如说设置透气杆)进行排出，但是在结构复杂的模具当中很难设置排气系统。如果采用透气模具钢镶嵌在困气处，由于透气模具钢镶嵌块内部具有孔径大小在几微米到几十微米之间的连通的孔隙，利用气体分子平均自由程远小于孔隙大小，气体可以顺利的在困气处及时排出。可透气的模具钢材料属于多孔金属的一种，其内部各个方向均匀分布着连通的孔隙，孔径较小。相较于普通的泡沫钢，透气钢除了拥有透气性能外，同时还满足注塑模具的高强度，高硬度以及耐腐蚀性的要求。

选区激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)是目前金属增材制造(addictivemanufacturing)应用较为广泛的一种前沿技术，其成型原理是首先利用计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)三维模型，利用激光逐层扫描，将预先铺好的粉末选择性地熔化并与已成型部分粘结为一体。相比传统的制造技术，SLM技术突出的优势在于几乎可以直接成型结构极为复杂且具有完全冶金结合的功能零件。其目前一大应用背景就是模具制造，对于提高产品质量和性能、降低制造成本、缩短模具开发时间，进而快速抢占市场尤为有意义。

现阶段在利用选区激光熔化(SLM)技术制备可透气的模具钢研究中，主要存在的两大问题。第一、所制备的样件内部孔隙直径达不到可透气模具钢的应用要求。现阶段技术里，采用在CAD造型阶段通过预设的方法，能制备的最小的孔径大小在200μm以上，尺寸较大，不符合透气模具钢材料孔隙直径的范围要求；第二、所制备的样件内部孔隙不连通，即样件透气性差。譬如2013年期刊《Metal Science Journal》第12期24卷1501-1505页“Development of porous 316L stainless steel with controllable microcellularfeatures using selective laser melting”中公开了向原始钢粉中通过球磨的方式添加氟硼酸钾发泡剂，利用激光熔化造孔剂分解出气体而使得样件内部具有蜂窝状微孔结构，孔隙率达到45％，孔径在2～5μm之间，但是孔隙并未连通，压差作用下，气体并不能透过多孔体。2010年期刊《南京航空航天大学》中“选区激光熔化制备多孔316L不锈钢和多孔钛的研究”文中公开了向原始钢粉中通过球磨的方式添加氢化物发泡剂，其原理与添加碳酸盐一样，存在的问题是孔径在250～300μm，且内部孔隙并未达到连通的效果。因此虽然SLM的技术特点之一是成型任意复杂结构的构件，但是对于利用SLM技术制备多孔金属，特别是对于孔径要求严格的透气钢材料而言，并不是简单的通过在CAD造型阶段预设成形件内部孔隙形状、尺寸与排布方向就能制备的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种透气模具钢和选区激光熔化制备透气模具钢的方法，制备得到的透气模具钢孔径尺寸较小且内部孔隙连通性好。

本发明所采取的技术方案是：

本发明提供一种选区激光熔化制备透气模具钢的方法，包括以下步骤：

S1、取欲成型粉体，所述欲成型粉体包括钢粉和氮化铬；

S2、利用选区激光熔化设备对所述欲成型粉体进行成型。

优选地，步骤S1中所述欲成型粉体中氮化铬的含量为0.5～10wt％。

优选地，所述氮化铬的粒径为2～20μm。