本發(fā)明屬于精密鑄造工藝領(lǐng)域，具體涉及一種用于熱鑄工藝中管件的3d打印材料。

背景技術(shù)：

隨著如今工業(yè)生產(chǎn)效率與質(zhì)量的不斷提升，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)中所用到的熱鑄管件的質(zhì)量要求也隨之提高。目前管件大多通過模具進(jìn)行澆鑄成型，此方法雖然成本低，制作效率高，制得管件的機(jī)械性能雖然得到保證，但是在長(zhǎng)時(shí)間高溫甚至超高溫環(huán)境的使用下，其承溫能力存在明顯不足，容易導(dǎo)致開裂、變形以及斷裂的發(fā)生，影響工業(yè)生產(chǎn)的正常有效進(jìn)行；同時(shí)澆鑄成型的管件精度具有一定局限性，對(duì)于某些對(duì)精度、形狀有著特殊要求的生產(chǎn)工藝，無法滿足其需求。

3d打印技術(shù)作為快速成型領(lǐng)域，能夠適用于對(duì)精度、形狀具有特殊要求的管件制備，但是目前的打印材料無法在高溫或者超高溫的環(huán)境下使用。

因此，如何將3d打印技術(shù)應(yīng)用在高溫或者超高溫的環(huán)境下使用的管件生產(chǎn)中，是本領(lǐng)域技術(shù)人員所急需解決的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種用于熱鑄工藝中管件的3d打印材料。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種用于熱鑄工藝中管件的3d打印材料，其組成成分以及各成分所占質(zhì)量份數(shù)分別為：粘土料：33～45%、無堿玻璃纖維：19～28%、納米二氧化鋯：12～21%、鎳基合金粉末：7～15%、輔助劑：5～12%；鎳基合金粉末的組成成分以及各成分所占鎳基合金粉末質(zhì)量百分比分別為：cr：1.3～1.75%、co＜3.1%、mo：2.75～3.85%、re：4～7.7%、ru＜2.5%、w：5.3～7.5%、al：3.5～7.5%、ti＜2%、ta：5.2～8.5%、nb＜0.15%、hf：0.03～0.15%、b＜0.05%、v＜0.8%、稀土元素＜0.15%、其他為ni；

輔助劑包括穩(wěn)定劑、增韌劑、架橋劑、安定劑以及分散劑。

本發(fā)明提供了一種用于熱鑄工藝中管件的3d打印材料，由粘土料、無堿玻璃纖維、納米二氧化鋯、鎳基合金粉末以及輔助劑組成，以粘土料為3d打印材料主體，添加無堿玻璃纖維能夠提高3d打印材料制作成型后的整體強(qiáng)度，同時(shí)其具有優(yōu)秀的不燃性以及耐熱性；納米二氧化鋯具有高熔點(diǎn)，其化學(xué)性質(zhì)不活潑，同時(shí)其熱膨脹系數(shù)低；同時(shí)本發(fā)明中還提供了具備優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、抗疲勞性能、抗高溫腐蝕性和高溫合金組織穩(wěn)定性以及優(yōu)異承溫能力的鎳基合金粉末，cr作為固溶強(qiáng)化元素能夠提高鎳基合金粉末的抗熱腐蝕和氧化性能，但是cr同時(shí)也是拓?fù)涿芘畔啵╰cp）的形成元素，而tcp相對(duì)最終打印成型的管件的性能是有害的，因此不宜過高；co能夠使強(qiáng)化相γ′均勻分布在基體γ相內(nèi)起到強(qiáng)化鎳基合金粉末的作用；mo能夠通過起到強(qiáng)化γ′和γ的作用，但是對(duì)鎳基合金粉末內(nèi)的抗腐蝕性能有消極作用；re可以起到提高鎳基合金粉末的承溫能力、抗腐蝕性和抗氧化能力的作用，但是re元素的密度較大，凝固過程中偏析于枝晶干增加了雀斑缺陷形成的傾向性，同時(shí)re降低了鎳基合金粉末在高溫條件下的組織穩(wěn)定性；ru能夠起到穩(wěn)定合金組織和提高力學(xué)性能的效果，但是價(jià)格非常昂貴，需要嚴(yán)格控制；w可以提高鎳基高溫合金的高溫性能，但是w在凝固過程中強(qiáng)烈地偏析于γ枝晶干，當(dāng)w的含量較高時(shí)會(huì)引起糊狀區(qū)內(nèi)液相的熱質(zhì)對(duì)流，增加雀斑缺陷形成的傾向性；al的作用是提高合金中γ′相的含量，同時(shí)為在鎳基合金粉末表面形成al2o3保護(hù)層提高基本元素，以提高3d打印成品中最易氧化部分的抗氧化能力；ti、ta以及nb能夠代替al原子強(qiáng)化γ′相，尤其是高溫下的力學(xué)新能，然而當(dāng)這些元素的含量超過一定量之后就會(huì)形成脆性的tcp相；hf的主要作用是改善合金的鑄造性；b、zr在合金中主要起強(qiáng)化晶界的作用，但是降低了合金的初熔溫度；微量的v能夠賦予鎳基高溫合金一些特殊的機(jī)能，例如提高抗張強(qiáng)度和屈服點(diǎn)；稀土元素能夠有效改善鎳基合金的部分性能。通過上述成分組成的相互作用，例如mo、w能夠減慢al、ti以及cr的高溫?cái)U(kuò)散，增加擴(kuò)散激活能；稀土元素與ru相配合，可增強(qiáng)組織穩(wěn)定性，降低共晶含量，提升高溫蠕變性能等，既能夠顯著提高鎳基合金的高溫性能，又能夠有效避免有害相和鑄造缺陷的出現(xiàn)，同時(shí)具有優(yōu)秀的鑄造性能，明顯超過現(xiàn)有鎳基合金的性能以及制備工藝性，通過以上成分配比組成的鎳基合金粉末，不僅制備工藝簡(jiǎn)單，同時(shí)由于其本身具有的優(yōu)秀的高溫強(qiáng)度、抗疲勞性能、抗高溫腐蝕性和高溫合金組織穩(wěn)定性以及優(yōu)異承溫能力，確保經(jīng)過制備獲得的3d打印材料成品依然具有如上特性。本發(fā)明中的輔助劑由穩(wěn)定劑、增韌劑、架橋劑、安定劑以及分散劑組成，穩(wěn)定劑能夠保持整體化學(xué)平衡，降低所獲得的3d打印材料成品的表面張力，能夠有效防止其分解、氧化以及開裂；增韌劑能夠顯著降低本發(fā)明所獲得產(chǎn)品的脆性，增強(qiáng)韌性，有效避免裂紋的產(chǎn)生，提高承載強(qiáng)度；架橋劑能夠在本發(fā)明各成分之間起到良好的內(nèi)交聯(lián)作用，提高各成分之間的附著力，提高整體耐磨以及力學(xué)機(jī)械性能；安定劑能夠有效提高本發(fā)明在制備以及通過本發(fā)明制得成品之后的整體熱安定性，有效抵抗高溫分解；分散劑能夠顯著降低本發(fā)明在制備時(shí)，各成分完成分散過程所需的時(shí)間，并且提升各成分有效分散性，確保通過本發(fā)明制得管件的整體性能的均衡。

進(jìn)一步地，其制造方法為：

（1）取用粘土料，烘干后進(jìn)行研磨，并過200～300目篩，獲得粘土粉末；

（2）將無堿玻璃纖維進(jìn)行阻燃處理，連同輔助劑添加至粘土粉末中，并攪拌均勻，獲得基底粘土；

（3）將納米二氧化鋯以及鎳基合金粉末進(jìn)行研磨后添加至基底粘土中，并進(jìn)行均質(zhì)；

（4）對(duì)步驟（3）中經(jīng)過均質(zhì)的基底粘土捏合3～5h后，冷卻至室溫后擠壓造粒，獲得3d打印材料成品。

進(jìn)一步地，粘土料的組成成分以及各成分所占質(zhì)量百分比為：木節(jié)粘土：33～58%、膨潤(rùn)土：19～27%、火山凝灰?guī)r：7～14%、膨脹石墨：5～14%、尖晶石：5～12%。

本發(fā)明中粘土料由木節(jié)粘土、膨潤(rùn)土、火山凝灰?guī)r、膨脹石墨以及尖晶石組成；木節(jié)粘土具有優(yōu)秀的耐火性，同時(shí)具有優(yōu)秀的可塑性；添加膨潤(rùn)土與木節(jié)粘土相結(jié)合，能夠提高3d打印材料整體的吸附性，成型后整體性能得到有效提升。

進(jìn)一步地，阻燃處理的具體步驟為：

（2-1）準(zhǔn)備無堿玻璃纖維，水洗干燥后備用；（2-2）取用聚乙烯吡咯烷酮溶于水中，升溫至220～230℃生成聚乙烯吡咯烷酮蒸汽，

同時(shí)以惰性氣體為載氣，使聚乙烯吡咯烷酮蒸汽與水洗干燥后的無堿玻璃纖維相接觸；（2-3）進(jìn)一步升溫至620～950℃，保溫2～5h后開始降溫，同時(shí)停止導(dǎo)入聚乙烯吡咯

烷酮蒸汽，待溫度降至室溫后，取出無堿玻璃纖維；

（2-4）將酚醛樹脂、多羥基丙烯酸樹脂、表面活性劑以及阻燃劑混合，并溶解于間對(duì)甲酚中，升溫至52～60℃并攪拌均勻后保溫；再將炭化劑添加至其中，攪拌均勻，得到液態(tài)阻燃基底；

（2-5）將步驟（2-3）中得到的經(jīng)過處理的無堿玻璃纖維浸泡至液態(tài)阻燃基底中48～72h后取出，完成阻燃處理。

本發(fā)明將無堿玻璃纖維進(jìn)行阻燃處理時(shí)，首先通過聚乙烯吡咯烷酮蒸汽對(duì)無堿玻璃纖維進(jìn)行活化，再通過制備液態(tài)阻燃基底，與活化的無堿玻璃纖維相混合，完成阻燃處理。進(jìn)一步地，輔助劑中各成分所占質(zhì)量份數(shù)分別為：穩(wěn)定劑：7～12份、增韌劑：2～5份、架橋劑：3～5份、安定劑：2～5份、分散劑：4～7份。

進(jìn)一步地，步驟（4）的具體方法為：將步驟（3）中經(jīng)過均質(zhì)的基底粘土升溫至150～170℃，在48～65r/min的轉(zhuǎn)速下捏合3～5h后，冷卻至室溫后，按照與水4～7：1的比例添加水，攪拌均勻后導(dǎo)入擠壓成型機(jī)中，在溫度為120～135℃，轉(zhuǎn)速為102～120r/min下進(jìn)行擠壓造粒，獲得3d打印材料成品。

進(jìn)一步地，鎳基合金粉末的組成成分以及各成分所占鎳基合金粉末質(zhì)量百分比分別為：cr：1.3～1.4%、co＜2.5%、mo：2.9～3.5%、re：5.5～7%、ru＜0.5%、w：5.5～6%、al：3.5～5.2%、ti＜2%、ta：5.5～7.5%、nb＜0.1%、hf：0.05～0.1%、v＜0.5%、稀土元素＜0.15%、其他為ni。

進(jìn)一步地，稀土元素為y、ce以及l(fā)u中的任意一種或者任意幾種的組合。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有優(yōu)秀的高溫強(qiáng)度、抗疲勞性能、抗高溫腐蝕性和高溫合金組織穩(wěn)定性以及優(yōu)異承溫能力，通過3d打印成型后還具有優(yōu)秀的機(jī)械強(qiáng)度，經(jīng)久耐用，適用于熱鑄工藝中各種特殊管件的生產(chǎn)。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)理解下述具體實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1：

一種用于熱鑄工藝中管件的3d打印材料，其組成成分以及各成分所占質(zhì)量份數(shù)分別為：粘土料：33%、無堿玻璃纖維：28%、納米二氧化鋯：18%、鎳基合金粉末：12%、輔助劑：5～9%。

粘土料的組成成分以及各成分所占質(zhì)量百分比為：木節(jié)粘土：33%、膨潤(rùn)土：27%、火山凝灰?guī)r：14%、膨脹石墨：14%、尖晶石：12%。

鎳基合金粉末的組成成分以及各成分所占鎳基合金粉末質(zhì)量百分比分別為：cr：1.75%、co：3%、mo：2.8%、re：4.2%、ru：2.4%、w：5.5%、al：7%、ti：1%、ta：5.2%、nb：0.13%、hf：0.15%、b：0.04%、v：0.75%、稀土元素：0.14%、其他為ni；稀土元素為y。

輔助劑中各成分以及所占質(zhì)量份數(shù)分別為：穩(wěn)定劑：7份、增韌劑：5份、架橋劑：5份、安定劑：5份、分散劑：7份。

其制造方法為：

（1）取用粘土料，烘干后進(jìn)行研磨，并過200目篩，獲得粘土粉末；

（2-1）準(zhǔn)備無堿玻璃纖維，水洗干燥后備用；

（2-2）取用聚乙烯吡咯烷酮溶于水中，升溫至220℃生成聚乙烯吡咯烷酮蒸汽，同時(shí)以惰性氣體為載氣，使聚乙烯吡咯烷酮蒸汽與水洗干燥后的無堿玻璃纖維相接觸；（2-3）進(jìn)一步升溫至620℃，保溫2h后開始降溫，同時(shí)停止導(dǎo)入聚乙烯吡咯烷酮蒸汽，待溫度降至室溫后，取出無堿玻璃纖維；

（2-4）將酚醛樹脂、多羥基丙烯酸樹脂、表面活性劑以及阻燃劑混合，并溶解于間對(duì)甲酚中，升溫至52℃并攪拌均勻后保溫；再將炭化劑添加至其中，攪拌均勻，得到液態(tài)阻燃基底；

（2-5）將步驟（2-3）中得到的經(jīng)過處理的無堿玻璃纖維浸泡至液態(tài)阻燃基底中48h后取出，完成阻燃處理；

（3）將納米二氧化鋯以及鎳基合金粉末進(jìn)行研磨后添加至基底粘土中，并進(jìn)行均質(zhì)；

（4）將步驟（3）中經(jīng)過均質(zhì)的基底粘土升溫至150℃，在48r/min的轉(zhuǎn)速下捏合3h后，冷卻至室溫后，按照與水4：1的比例添加水，攪拌均勻后導(dǎo)入擠壓成型機(jī)中，在溫度為120～135℃，轉(zhuǎn)速為102r/min下進(jìn)行擠壓造粒，獲得3d打印材料成品。

實(shí)施例2：

一種用于熱鑄工藝中管件的3d打印材料，其組成成分以及各成分所占質(zhì)量份數(shù)分別為：粘土料：45%、無堿玻璃纖維：19%、納米二氧化鋯：18%、鎳基合金粉末：9%、輔助劑：9。

粘土料的組成成分以及各成分所占質(zhì)量百分比為：木節(jié)粘土：58%、膨潤(rùn)土：19%、火山凝灰?guī)r：8%、膨脹石墨：8%、尖晶石：7%。

鎳基合金粉末的組成成分以及各成分所占鎳基合金粉末質(zhì)量百分比分別為：cr：1.3%、co：2%、mo：3.5%、re：7.5%、ru：0.5%、w：7%、al：4%、ti：1.9%、ta：8%、nb：0.07%、hf：0.03%、b：0.01%、v：0.3%、稀土元素：0.1%、其他為ni；稀土元素為y、ce的組合。

輔助劑中各成分以及所占質(zhì)量份數(shù)分別為：穩(wěn)定劑：12份、增韌劑：2份、架橋劑：3份、安定劑：5份、分散劑：4份。

其制造方法為：

（1）取用粘土料，烘干后進(jìn)行研磨，并過300目篩，獲得粘土粉末；

（2-1）準(zhǔn)備無堿玻璃纖維，水洗干燥后備用；（2-2）取用聚乙烯吡咯烷酮溶于水中，升溫至230℃生成聚乙烯吡咯烷酮蒸汽，同時(shí)以

惰性氣體為載氣，使聚乙烯吡咯烷酮蒸汽與水洗干燥后的無堿玻璃纖維相接觸；（2-3）進(jìn)一步升溫至950℃，保溫5h后開始降溫，同時(shí)停止導(dǎo)入聚乙烯吡咯烷酮蒸汽，

待溫度降至室溫后，取出無堿玻璃纖維；

（2-4）將酚醛樹脂、多羥基丙烯酸樹脂、表面活性劑以及阻燃劑混合，并溶解于間對(duì)甲酚中，升溫至60℃并攪拌均勻后保溫；再將炭化劑添加至其中，攪拌均勻，得到液態(tài)阻燃基底；

（2-5）將步驟（2-3）中得到的經(jīng)過處理的無堿玻璃纖維浸泡至液態(tài)阻燃基底中72h后取出，完成阻燃處理；

（3）將納米二氧化鋯以及鎳基合金粉末進(jìn)行研磨后添加至基底粘土中，并進(jìn)行均質(zhì)；

（4）將步驟（3）中經(jīng)過均質(zhì)的基底粘土升溫至170℃，在65r/min的轉(zhuǎn)速下捏合5h后，冷卻至室溫后，按照與水7：1的比例添加水，攪拌均勻后導(dǎo)入擠壓成型機(jī)中，在溫度為135℃，轉(zhuǎn)速為120r/min下進(jìn)行擠壓造粒，獲得3d打印材料成品。

實(shí)施例3：

一種用于熱鑄工藝中管件的3d打印材料，其組成成分以及各成分所占質(zhì)量份數(shù)分別為：粘土料：39%、無堿玻璃纖維：24%、納米二氧化鋯：16%、鎳基合金粉末：11%、輔助劑：10%。

粘土料的組成成分以及各成分所占質(zhì)量百分比為：木節(jié)粘土：50%、膨潤(rùn)土：24%、火山凝灰?guī)r：11%、膨脹石墨：7%、尖晶石：8%。

鎳基合金粉末的組成成分以及各成分所占鎳基合金粉末質(zhì)量百分比分別為：cr：1.4%、co：2.4%、mo：3.2%、re：6.2%、ru：0.2%、w：5.7%、al：4.3%、ti：0.2%、ta：6.5%、nb：0.05%、hf：0.07%、v：0.3%、稀土元素：0.03%、其他為ni；稀土元素為y、ce以及l(fā)u的組合。

輔助劑中各成分以及所占質(zhì)量份數(shù)分別為：穩(wěn)定劑：10份、增韌劑：4份、架橋劑：4份、安定劑：3份、分散劑：6份。

其制造方法為：

（1）取用粘土料，烘干后進(jìn)行研磨，并過250目篩，獲得粘土粉末；

（2-1）準(zhǔn)備無堿玻璃纖維，水洗干燥后備用；（2-2）取用聚乙烯吡咯烷酮溶于水中，升溫至225℃生成聚乙烯吡咯烷酮蒸汽，同時(shí)以

惰性氣體為載氣，使聚乙烯吡咯烷酮蒸汽與水洗干燥后的無堿玻璃纖維相接觸；（2-3）進(jìn)一步升溫至830℃，保溫4h后開始降溫，同時(shí)停止導(dǎo)入聚乙烯吡咯烷酮蒸汽，

待溫度降至室溫后，取出無堿玻璃纖維；

（2-4）將酚醛樹脂、多羥基丙烯酸樹脂、表面活性劑以及阻燃劑混合，并溶解于間對(duì)甲酚中，升溫至55℃并攪拌均勻后保溫；再將炭化劑添加至其中，攪拌均勻，得到液態(tài)阻燃基底；

（2-5）將步驟（2-3）中得到的經(jīng)過處理的無堿玻璃纖維浸泡至液態(tài)阻燃基底中60h后取出，完成阻燃處理；

（3）將納米二氧化鋯以及鎳基合金粉末進(jìn)行研磨后添加至基底粘土中，并進(jìn)行均質(zhì)；

（4）將步驟（3）中經(jīng)過均質(zhì)的基底粘土升溫至162℃，在58r/min的轉(zhuǎn)速下捏合4h后，冷卻至室溫后，按照與水5：1的比例添加水，攪拌均勻后導(dǎo)入擠壓成型機(jī)中，在溫度為128℃，轉(zhuǎn)速為115r/min下進(jìn)行擠壓造粒，獲得3d打印材料成品。分別通過以上3個(gè)實(shí)施例制備3d打印材料成品，并通過3d打印材料成品制備熱鑄管件進(jìn)行機(jī)械性能測(cè)試以及熱試驗(yàn)，實(shí)施例1獲得的熱鑄管件相對(duì)于現(xiàn)有通過模具澆鑄獲得的管件，在制備精度更高的同時(shí)，機(jī)械性能整體提升約26.73%，并且在熱試驗(yàn)中沒有發(fā)生開裂、變形、斷裂等；實(shí)施例2獲得的熱鑄管件相對(duì)于現(xiàn)有通過模具澆鑄獲得的管件，在制備精度更高的同時(shí)，機(jī)械性能整體提升約41.13%，并且在熱試驗(yàn)中沒有發(fā)生開裂、變形、斷裂等；實(shí)施例3獲得的熱鑄管件相對(duì)于現(xiàn)有通過模具澆鑄獲得的管件，在制備精度更高的同時(shí)，機(jī)械性能整體提升約69.57%，并且在熱試驗(yàn)中沒有發(fā)生開裂、變形、斷裂等。實(shí)施例3中提供的參數(shù)更優(yōu)，實(shí)施例3為最優(yōu)實(shí)施例。

最后需要說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制性技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，那些對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。