CN108555284B - 一种激光选区熔化用金属球形粉末的后处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种激光选区熔化用金属球形粉末的后处理方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将金属球形粉末与尺寸为粉末平均粒径5‑10倍的多角型陶瓷颗粒混合，共同置于密闭金属容器中；2）容器内持续通入大流量循环氩气，形成气体涡流，粉末在容器内随机自由碰撞；3）将金属容器置于带有可加热的炉室中，使粉末升温到金属再结晶温度的40‑60%，保持10‑100min；4）保温时间结束后，关闭加热***，取出粉末，采用筛分法去除陶瓷颗粒，得到表面粗糙的金属粉末颗粒；降低粉末表面对激光的反射率，提高金属粉末对激光的吸收利用率，满足SLM技术能力高效利用的应用需求。
Description
技术领域
本发明属于有色金属粉末的制备技术领域，具体涉及一种激光选区熔化用金属球形粉末的后处理方法。
背景技术
激光选区熔化（Selective Laser Melting，简称SLM）技术是目前最具前景的金属增材制造技术之一。其工作原理是采用激光束为热源对合金粉末逐层扫描、叠加成形的数字化增材制造方法，该技术具有采用预置铺粉、振镜扫描方式，光斑直径小、激光功率密度高、粉末完全熔化、扫描速度快、成形精度高（十微米级）等优点，适用于中小尺寸复杂薄壁构件的净成形。SLM方法以金属球形粉末为原料，对于粉末的性能要求较高，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、球形率高、流动性好和松装密度高等要求，通常采用气雾化法或离心雾化法生产。
但是，由于雾化法生产的金属球形粉末都是由液滴快速凝固形成的，表面光洁度较高。在激光束扫描粉末过程中，由于粉末表面对激光的镜面反射作用，金属粉末对激光的吸收利用率很低。一般金属粉末的反射率高达90%以上，当激光功率为105W/cm2时，有效的加热功率仅为103W/cm2，这大大降低了SLM技术的能力利用效率，造成激光熔融粉末时局部热量不均匀，同时也限制了该技术在难熔金属加工方面的应用。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种激光选区熔化用金属球形粉末的后处理方法，通过该方法批量处理气雾化或离心雾化法制得的金属粉末，有效提高粉末颗粒表面粗糙度，使粉末表面镜面反射机制转变为漫反射机制，显著降低粉末表面对激光的反射率，提高金属粉末对激光的吸收利用率，满足SLM技术能力高效利用的应用需求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种激光选区熔化用金属球形粉末的后处理方法，对采用气雾化法或离心雾化法生产的金属球形粉末进行处理，包括以下步骤：
1）将金属球形粉末与尺寸为粉末平均粒径5-10倍的多角型陶瓷颗粒混合，共同置于密闭金属容器中；
2）容器内持续通入大流量循环氩气，形成气体涡流，粉末在容器内随机自由碰撞；
3）将金属容器置于带有可加热的炉室中，使粉末升温到金属再结晶温度的40-60%，保持10-100min；
4） 保温时间结束后，关闭加热***，取出粉末，采用筛分法去除陶瓷颗粒，得到表面粗糙的金属粉末颗粒。
所述的多角型陶瓷颗粒可以为刚玉、石英或金刚石的硬质颗粒。
所述的大流量循环氩气流量为200-1000L/min。
本发明的有益效果在于：
1）本发明通过在大流量循环气体涡流作用下，高硬度陶瓷颗粒与粉末表面发生高频次碰撞，在不改变粉末整体形貌的情况下，提高粉末表面粗糙度，形成表面漫反射，显著降低粉末对激光的反射率。
2）本发明通过对粉末适当加热，提高粉末塑性和降低变形抗力，有利于表面形成褶皱、坑点等粗糙纹路，同时避免粉末因撞击产生裂纹甚至破碎，影响粉末品质。
附图说明
图1为本发明处理前粉末颗粒形貌及表面状况。
图2为本发明处理后粉末颗粒形貌及表面状况。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种激光选区熔化用金属球形粉末的后处理方法，对采用气雾化法或离心雾化法生产的金属球形粉末进行处理，包括以下步骤：
1）将金属球形粉末与尺寸为粉末平均粒径5倍的多角型陶瓷颗粒混合，共同置于密闭金属容器中；
2）容器内持续通入流量为200L/min的循环氩气，形成气体涡流，粉末在容器内随机自由碰撞；
3）将金属容器置于带有可加热的炉室中，使粉末升温到金属再结晶温度的40%，保持10min；
4） 保温时间结束后，关闭加热***，取出粉末，采用筛分法去除陶瓷颗粒，得到表面粗糙的金属粉末颗粒。
所述的多角型陶瓷颗粒为刚玉颗粒。
实施例2
一种激光选区熔化用金属球形粉末的后处理方法，对采用气雾化法或离心雾化法生产的金属球形粉末进行处理，包括以下步骤：
1）将金属球形粉末与尺寸为粉末平均粒径7倍的多角型陶瓷颗粒混合，共同置于密闭金属容器中；
2）容器内持续通入流量为500L/min的循环氩气，形成气体涡流，粉末在容器内随机自由碰撞；
3）将金属容器置于带有可加热的炉室中，使粉末升温到金属再结晶温度的50%，保持55min；
4） 保温时间结束后，关闭加热***，取出粉末，采用筛分法去除陶瓷颗粒，得到表面粗糙的金属粉末颗粒。
所述的多角型陶瓷颗粒为石英颗粒。
实施例3
一种激光选区熔化用金属球形粉末的后处理方法，对采用气雾化法或离心雾化法生产的金属球形粉末进行处理，包括以下步骤：
1）将金属球形粉末与尺寸为粉末平均粒径10倍的多角型陶瓷颗粒混合，共同置于密闭金属容器中；
2）容器内持续通入流量为1000L/min的循环氩气，形成气体涡流，粉末在容器内随机自由碰撞；
3）将金属容器置于带有可加热的炉室中，使粉末升温到金属再结晶温度的60%，保持100min；
4） 保温时间结束后，关闭加热***，取出粉末，采用筛分法去除陶瓷颗粒，得到表面粗糙的金属粉末颗粒。
所述的多角型陶瓷颗粒为金刚石颗粒。
图1为雾化法制得的金属球形粉末，如图可见粉末呈完美球形，表面光滑，该表面光反射率极高，经过实施例1处理后，粉末形貌及表面情况如图2所示，由于颗粒间的撞击作用，粉末发生表面变形，表面形成孔洞、褶皱、棱角等不规则形态，表面粗糙度明显增加，光反射率显著降低。但由于粉末仅发生表面变形，整体形状仍为近球形，对粉末流动性无明显影响。
Claims (6)
1.一种激光选区熔化用金属球形粉末的后处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将金属球形粉末与尺寸为粉末平均粒径5-10倍的多角型陶瓷颗粒混合，共同置于密闭金属容器中；
2）容器内持续通入大流量循环氩气，形成气体涡流，粉末在容器内随机自由碰撞；
3）将金属容器置于带有可加热的炉室中，使粉末升温到金属再结晶温度的40-60%，保持10-100min；
4）保温时间结束后，关闭加热***，取出粉末，采用筛分法去除陶瓷颗粒，得到表面粗糙的金属粉末颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化用金属球形粉末的后处理方法，其特征在于，所述的多角型陶瓷颗粒采用刚玉或石英的硬质颗粒。
3.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化用金属球形粉末的后处理方法，其特征在于，所述的大流量循环氩气流量为200-1000L/min。
4.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化用金属球形粉末的后处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将金属球形粉末与尺寸为粉末平均粒径5倍的多角型陶瓷颗粒混合，共同置于密闭金属容器中；
2）容器内持续通入流量为200L/min的循环氩气，形成气体涡流，粉末在容器内随机自由碰撞；
3）将金属容器置于带有可加热的炉室中，使粉末升温到金属再结晶温度的40%，保持10min；
4）保温时间结束后，关闭加热***，取出粉末，采用筛分法去除陶瓷颗粒，得到表面粗糙的金属粉末颗粒；
所述的多角型陶瓷颗粒为刚玉颗粒。
5.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化用金属球形粉末的后处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将金属球形粉末与尺寸为粉末平均粒径7倍的多角型陶瓷颗粒混合，共同置于密闭金属容器中；
2）容器内持续通入流量为500L/min循环氩气，形成气体涡流，粉末在容器内随机自由碰撞；
3）将金属容器置于带有可加热的炉室中，使粉末升温到金属再结晶温度的50%，保持55min；
4）保温时间结束后，关闭加热***，取出粉末，采用筛分法去除陶瓷颗粒，得到表面粗糙的金属粉末颗粒；
所述的多角型陶瓷颗粒为石英颗粒。
6.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化用金属球形粉末的后处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将金属球形粉末与尺寸为粉末平均粒径10倍的多角型陶瓷颗粒混合，共同置于密闭金属容器中；
2）容器内持续通入流量为1000L/min循环氩气，形成气体涡流，粉末在容器内随机自由碰撞；
3）将金属容器置于带有可加热的炉室中，使粉末升温到金属再结晶温度的60%，保持100min；
4）保温时间结束后，关闭加热***，取出粉末，采用筛分法去除陶瓷颗粒，得到表面粗糙的金属粉末颗粒。
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