[发明专利]一种3D打印用低氧微细金属粉及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印用金属粉，尤其是一种3D打印用低氧微细金属粉及其制备方法。

背景技术

基于3D打印的增材制造技术具有低成本、短周期、适宜复杂产品、柔性化制造等优势，已成为工业化升级的重要技术。随着选择性激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)、选择性激光熔化成型(SLM)等技术的发展，3D打印的产品已经从塑料制品时代进入金属制品时代。采用上述3D打印技术与采用传统锻造技术相比，所制备的金属零部件具有近净成形、材料利用率高、机械加工量小、适宜形状复杂零部件、制造成本低、综合力学性能优异等优点。

采用3D打印技术制备高性能、高尺寸精度的金属零部件的关键技术之一是适宜3D打印的金属粉末，3D打印所使用金属粉末的质量直接决定了最终产品的质量。目前，3D打印所需的金属粉多直接使用常规的热喷涂粉，而这些热喷涂金属粉由于粒径不均、氧含量高等原因难以满足3D打印的需求。制备适宜3D打印要求的球形、粒度细小均匀、含氧量低的金属粉末是当前3D打印领域面临的重要问题。

目前，在微细金属粉的制备方法方面，有射频等离子法、等离子旋转电极法、金属热还原法、氢化脱氢法、气雾化法等。由于射频等离子法、等离子旋转电极法等方法需要射频等离子炬、高能等离子枪等作为热源，所需设备复杂、原材料要求高、成本高，难以满足大批量3D打印金属粉末的生产的需求。金属热还原法也存在粉末粒度可控性差、还原周期长、金属粉末纯度差等缺点。氢化脱氢法一般仅适用于钛粉的制备，无法适用于铝、铜等其他金属粉末的制备。

气体雾化法是将金属块、棒、丝材加热熔化后，在压力或重力作用下，从雾化喷嘴中流出的同时被喷嘴中喷射出的高速高压气流破碎成细小的液滴，液滴随后在雾化室中冷却成为固态金属粉，是一种可用于多种金属粉制备的工艺。如公开号为CN103801704A的发明专利公开了一种适用于3D打印的成型铜粉、制备方法及其用途，该发明是将铜熔化后，将铜液在氩气气流下雾化为铜粉，所得铜粉的粒径为10μm、氧含量为500ppm。公开号为CN104475744A的发明专利公开了一种气雾化制备球形钛粉及钛合金粉末的装置及方法，该发明是将钛丝熔化后在惰性气体(氩气或氦气)气流下雾化为钛粉，所得钛粉的粒径为1～100μm，氧含量为500～2000ppm。

综上，气雾化法是一种适宜制备3D打印所需的金属粉的方法，但现有工艺也存在一些问题。如雾化气体一般为惰性气体(氦气或氩气)，仅有减缓金属粉氧化的作用而不能避免金属粉的氧化，氦气的价格过于昂贵，而氩气的低热传导率对金属液的冷却效果较差。上述问题对金属粉的粒径、含氧量都造成了不利的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种3D打印使用的低氧含量微细金属粉及其制备方法。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种3D打印用低氧微细球形金属粉，金属粉为球形，金属粉的粒径为5～50μm，金属粉的含氧量不大于100ppm。

3D打印用低氧微细球形金属粉的第一优选方案，金属粉的成分为纯铝、铝合金、纯铜或铜合金。

3D打印用低氧微细球形金属粉的第二优选方案，纯铝中铝元素含量大于99.0wt.％，所述的铝合金为Al-Cu、Al-Mn、Al-Si、Al-Mg、Al-Zn系铝合金。

3D打印用低氧微细球形金属粉的第三优选方案，纯铜中铜元素含量大于99.0wt.％，所述的铜合金为Cu-Ni、Cu-Zn、Cu-Sn、Cu-Al系铜合金。

3D打印用低氧微细球形金属粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)金属的熔化与保温：将金属在坩埚中加热熔化至液态，并将金属液精炼除气后保温在某一设定温度。

(2)金属液的雾化：将金属液通过坩埚下部的气雾化喷嘴以设定的质量流率流入雾化室，气雾化喷嘴向金属液喷射设定压力、设定流量的雾化气体，金属液在雾化室内被雾化气体破碎和冷却为微细金属粉。

3D打印用低氧微细球形金属粉的制备方法的第一优选方案，步骤(1)中所述的金属熔体的保温设定温度为高于金属熔点50～300℃。

3D打印用低氧微细球形金属粉的制备方法的第二优选方案，步骤(2)中所述的金属液的质量流率为5～200g/sec。

3D打印用低氧微细球形金属粉的制备方法的第三优选方案，步骤(2)中所述的雾化气体的设定压力为3～20MPa，雾化气体的流量为50～300l/sec。