專利名稱：用于激光燒結(jié)快速成型金屬模具的覆膜金屬粉末材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用激光束加工零件的領(lǐng)域，涉及鑄造及注塑生產(chǎn)用模具的激光燒結(jié)快速成型方法，具體地講，涉及一種用于激光燒結(jié)快速成型金屬模具的覆膜金屬粉末材料及其制備工藝。
金屬模具是鑄造及注塑生產(chǎn)中的重要工具。鑄造用模板、蠟?zāi)５膲耗＜白⑺苡媚＞叩?，一般都是機(jī)加工和手工完成的，加工周期長(zhǎng)、費(fèi)用高。對(duì)于一些形狀復(fù)雜的零件，如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、坦克、摩托車的缸體、缸蓋等，模具的制造一直是個(gè)老大難問題?？焖俪尚图夹g(shù)為實(shí)現(xiàn)模具制造的短周期、多品種、低費(fèi)用提供了一條捷徑。目前世界上投入應(yīng)用的快速成型方法有十多種，其中選擇性激光燒結(jié)(SLS)技術(shù)具有十分廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，正受到越來越多的重視。利用SLS技術(shù)可以自動(dòng)而迅速地從三維CAD模型直接制得形狀復(fù)雜的金屬零件或模具，其制造工藝過程包括制備適合于激光燒結(jié)的金屬粉末→激光逐層掃描燒結(jié)成型→后處理。即將金屬粉末通過激光燒結(jié)得到金屬的燒結(jié)件，這種燒結(jié)件往往是低密度的多孔狀結(jié)構(gòu)，再經(jīng)后處理滲入第二相熔點(diǎn)較低的金屬后直接形成金屬零件或模具。在國(guó)內(nèi)，激光燒結(jié)快速成型技術(shù)已有研究，所用粉末材料主要集中在塑料粉、ABS及臘粉等有機(jī)材料，對(duì)于金屬粉末材料的制作及其燒結(jié)成形技術(shù)的研究尚處于起步階段。
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，為了拓寬激光燒結(jié)技術(shù)所用成型粉末的范圍，提供一種用于激光燒結(jié)快速成型金屬模具的覆膜金屬粉末材料，該粉末材料具有燒結(jié)性能好、成型質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)，有助于實(shí)現(xiàn)金屬模具的激光燒結(jié)快速成型。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。一種用于激光燒結(jié)快速成型金屬模具的覆膜金屬粉末材料，是對(duì)被包覆的金屬粉末進(jìn)行表面處理后，與包覆溶液混合、烘干，經(jīng)粉碎、添加改性納米粉末而成。
被包覆金屬粉末，包括Fe系合金、Al系合金等，其粒度為200目—500目。
對(duì)被包覆金屬粉末的表面處理工藝步聚為(1)用稀碳酸鈉溶液清洗油脂；(2)再用稀鹽酸清洗氧化物；(3)用清水洗滌；(4)最后用潤(rùn)濕劑處理其表面。
潤(rùn)濕劑包括壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯等表面活性劑，其用量以每1000克金屬粉添加潤(rùn)濕劑1—5克。
包覆溶液的制備是將增滑劑、脫模劑、潤(rùn)濕分散劑、不同熔點(diǎn)的熱熔膠，按比例在鹵代烴中加熱溶解成溶液。
增滑劑包括合成石蠟、聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、液體石蠟等；脫模劑包括硬脂酸酯及硬脂酸鹽；潤(rùn)濕分散劑包括非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、聚合型潤(rùn)濕分散劑；不同熔點(diǎn)的熱熔膠包括聚醋酸乙烯酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯及其衍生物、聚乙烯基醚類、乙烯共聚物、聚酰胺類、熱塑性聚酯等。
包覆溶液制備的組分比例為以每1000克金屬粉配制增滑劑1—10克，脫模劑1—10克，潤(rùn)濕分散劑0.01—0.2克，不同熔點(diǎn)的熱熔—膠共60—130克。
選取熱熔膠的原則是選三種不同熔點(diǎn)熱熔膠，其熔點(diǎn)溫度范圍為50—80℃、90—130℃、140—160℃；其配制比例分別為熱熔膠總量的5—20％、60—80％、5—20％。
將包覆溶液和表面處理后的金屬粉末按上述比例，在雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)中混合、烘干、回收溶劑。
將包覆的金屬粉在球磨機(jī)中進(jìn)行粉碎加工，過篩得到160—300目粒度的粉末。
在加工好的粉末中添加納米粉末包括納米氧化物、納米金屬粉，添加量為每1000克金屬粉添加10—100克，改善粉末流動(dòng)性、降低粉末粘度。
實(shí)施例1一種用于激光燒結(jié)快速成型金屬模具的覆膜金屬粉末，其制作工藝步聚1、取1000克200目的1Cr18Ni9Ti被包覆金屬，首先用稀碳酸鈉溶液清洗粉末表面油脂，再用稀鹽酸清洗表面氧化物，用清水洗滌，最后用潤(rùn)濕劑1克壬基酚聚氧乙烯醚處理表面；2、包覆溶液制備將增滑劑石蠟1克、脫模劑硬脂酸酯1克、潤(rùn)濕分散劑非離子表面活性劑(BYK—W972)0.01克，不同熔點(diǎn)的熱熔膠聚醋酸乙烯酯3克、聚丙烯酸酯54克、聚苯乙烯3克，在四氯化碳中加熱溶解成溶液；3、將上述包覆溶液和表面處理后的1Cr18Ni9Ti粉末，在雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)中混合、烘干、回收溶劑；4、將包覆的1Cr18Ni9Ti粉末在球磨機(jī)中進(jìn)行粉碎加工，過篩得到160目的粉末；
5、在加工好的粉末中添加納米三氧化二鋁粉末，降低粉末粘度、改善粉末流動(dòng)性。
實(shí)施例2一種用于激光燒結(jié)快速成型金屬模具的覆膜金屬粉末，其制作工藝步聚1、取1000克500目的Al-Mg-Si合金粉，首先用稀碳酸鈉溶液清洗表面油脂，再用稀鹽酸清洗表面氧化物，用清水洗滌，最后用潤(rùn)濕劑5克脂肪醇聚氧乙烯醚處理表面；2、包覆溶液制備將增滑劑石蠟5克、脫模劑硬脂酸酯5克、聚合型潤(rùn)濕分散劑(TEXAPHOR3601)0.2克，不同熔點(diǎn)的熱熔膠聚乙烯基甲醚13克、乙烯和醋酸乙烯共聚物(EVA)104克，熱塑性聚酯13克，在三氯乙烯中加熱溶解成溶液；3、將上述包覆溶液和表面處理后的Al-Mg-Si粉末，在雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)中混合、烘干、回收溶劑；4、將包覆的Al-Mg-Si粉末在球磨機(jī)中進(jìn)行粉碎加工，過篩得到200目的粉末；5、在加工好的粉末中添加納米銅粉，降低粉末粘度、改善粉末流動(dòng)性。
實(shí)施例31、取400目Fe-Cr-Ni粉末首先用稀碳酸鈉溶液清洗表面油脂，再用稀鹽酸清洗表面氧化物，用清水洗滌，最后用潤(rùn)濕劑3克脂肪酸聚氧乙烯酯處理表面；2、包覆溶液制備將增滑劑石蠟2克、脫模劑硬脂酸酯1.5克、潤(rùn)濕分散劑非離子表面活性劑(YD—100)0.02克，不同熔點(diǎn)的熱熔膠低熔點(diǎn)聚酰胺5克、乙烯和醋酸乙烯共聚物(EVA)80克，聚苯-乙烯6克，在四氯乙化碳中加熱溶解成溶液；3、將上述包覆溶液和表面處理后的Fe-Cr-Ni粉末，在雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)中混合、烘干、回收溶劑；4、將包覆的金屬粉在球磨機(jī)中進(jìn)行粉碎加工，過篩得到300目的粉末；5、在加工好的粉末中添加納米鋁粉，改善粉末流動(dòng)性、降低粉末粘度。
本發(fā)明制得的適用于激光燒結(jié)快速成型金屬模具的覆膜金屬粉末材料，經(jīng)測(cè)試檢驗(yàn)，其主要性能指標(biāo)如下外觀黑灰色；粒度160—300目；加工成形溫度70—160℃本發(fā)明所制作的覆膜金屬粉末，經(jīng)激光燒結(jié)快速成型制作金屬模具，證明該金屬粉末材料具有燒結(jié)性能好，成型質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)。用它來制造金屬模具，與傳統(tǒng)的工藝比較，大大簡(jiǎn)化了工序，使得生產(chǎn)周期縮短、成本降低，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。
權(quán)利要求
1.一種用于激光燒結(jié)快速成型金屬模具的覆膜金屬粉末材料，其特征在于所述的覆膜金屬粉末，是對(duì)被動(dòng)包覆的金屬粉末進(jìn)行表面處理后，與包覆溶液混合、烘干，經(jīng)粉碎、添加改性納米粉末而成。
2.按照權(quán)利要求1所述的覆膜金屬粉末材料，其特征在于所述的被包覆金屬粉末，包括Fe系合金、Al系合金，粒度為200目—500目。
3.按照權(quán)利要求1所述的覆膜金屬粉末材料，其特征在于所述的對(duì)被包覆金屬粉末的表面處理工藝步驟為(1)用稀碳酸鈉溶液清洗油脂；(2)再用稀鹽酸清洗氧化物；(3)用清水洗滌；(4)最后用潤(rùn)濕劑處理其表面。
4.按照權(quán)利要求1所述的覆膜金屬粉末材料，其特征在于所述的包覆溶液，它的制備工藝步驟為將增滑劑、脫模劑、潤(rùn)濕分散劑、不同熔點(diǎn)的熱熔膠，按比例在鹵代烴中加熱溶解成溶液。
5.按照權(quán)利要求1所述的覆膜金屬粉末材料，其特征在于所述的改性納米粉末為納米氧化物或納米金屬粉。
6.按照權(quán)利要求3所述的覆膜金屬粉末材料，其特征在于所述的潤(rùn)濕劑包括壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯表面活性劑，其用量以每1000克金屬粉添加潤(rùn)濕劑1—5克。
7.按照權(quán)利要求4所述的覆膜金屬粉末材料，其特征在于所述的包覆溶液制備比例，是以每1000克金屬粉配制增滑劑1—10克，脫模劑1—10克，潤(rùn)濕分散劑0.01—0.02克，不同熔點(diǎn)的熱熔膠共60—130克。
8.按照權(quán)利要求7所述的覆膜金屬粉末材料，其特征在于所述的增滑劑包括合成石臘、聚乙烯臘、聚丙烯臘、液體石臘；脫模劑包括硬脂酸酯、硬脂酸鹽；潤(rùn)濕分散劑包括非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、聚合型潤(rùn)濕分散劑；不同熔點(diǎn)的熱熔膠包括聚醋酸乙烯酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯及其衍生物、聚乙烯基醚類、乙烯共聚物、聚酰胺類、熱塑性聚酯。
9.按照權(quán)利要求8所述的覆膜金屬粉末材料，其特征在于所述的不同熔點(diǎn)的熱熔膠，選取三種不同熔點(diǎn)的熱熔膠，其熔點(diǎn)溫度范圍為50—80℃、90—130℃、140—160℃；其配制比例分別為熱熔膠總量的5—20％、60—80％、5—20％。
10.按照權(quán)利要求5所述的覆膜金屬粉末材料，其特征在于所述的納米氧化物或納米金屬粉的添加量為每1000克金屬粉添加10—100克。
全文摘要
一種用于激光燒結(jié)快速成型金屬模具的覆膜金屬粉末材料,是對(duì)被包覆金屬粉(如Fe系合金、Al系合金)首先進(jìn)行表面活性處理,然后與制作好的包覆溶液混合、烘干,經(jīng)粉碎、添加改性納米粉(如納米氧化物、納米金屬粉)而成。本發(fā)明具有燒結(jié)性能好、成型質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn),有助于實(shí)現(xiàn)金屬模具的激光燒結(jié)快速成型。
文檔編號(hào)B22F3/105GK1333099SQ0112227
公開日2002年1月30日 申請(qǐng)日期2001年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月5日
發(fā)明者白培康, 高建峰 申請(qǐng)人:北京北方恒利科技發(fā)展有限公司