发明内容
本发明的目的之一在于提供一种球磨机,该球磨机结构简单,尤其适用于提高3D打印用金属粉末流动性。
本发明的目的之二在于提供一种提高3D打印用金属粉末流动性的方法,该方法较为简单,可有效的减少金属粉末的卫星球数量,提升金属粉末表面物理状态。
本发明的目的之三在于提供一种由上述方法所得的3D打印用金属粉末,该金属粉末为球形或近球形,具有优异的流动性和高的松装密度,与金属粉末原料相比不增加氧含量和杂质含量,可以满足3D打印对金属粉末的要求。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的:
本发明提出一种球磨机,其包括球磨罐体、支撑装置、排气装置和进气装置。
球磨罐体包括罐体外壳以及由罐体外壳围合形成的球磨腔,支撑装置连接于罐体外壳,进气装置和排气装置分别对称设置于球磨罐体的相对的两端并均与球磨腔连通。
本发明还提出一种提高3D打印用金属粉末流动性的方法,其包括以下步骤:于上述球磨机的球磨腔中球磨金属粉末原料、磨球以及改性剂,球磨过程中通过进气装置向球磨机中持续输入新的惰性气体并同时持续通过排气装置输出旧的惰性气体;球磨结束后筛选粒度为15-53μm的金属粉末成品。
优选地,新的惰性气体的输入速率等于旧的惰性气体的输出速率。
本发明还提出一种由上述方法得到的3D打印用金属粉末。
本发明较佳实施例提供的球磨机、提高3D打印用金属粉末流动性的方法及3D打印用金属粉末的有益效果包括:
本发明较佳实施例提供的球磨机结构简单,尤其适用于提高3D打印用金属粉末流动性。
提供的提高3D打印用金属粉末流动性的方法简单,通过在惰性气体的作用下,在磨球与金属粉末之间、金属粉末与金属粉末之间以及金属粉末与球磨罐体之间的物理碰撞以及碰撞过程中产生的高温的条件下由改性剂对金属粉末表面进行改性处理,从而有效的减少金属粉末的卫星球数量,提升金属粉末表面物理状态。
由此得到的3D打印用金属粉末为球形或近球形,具有优异的流动性和高的松装密度,与金属粉末原料相比不增加氧含量和杂质含量,可以满足3D打印对金属粉末的要求。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的球磨机、提高3D打印用金属粉末流动性的方法及3D打印用金属粉末进行具体说明。
本发明实施例提供一种球磨机,其包括球磨罐体、支撑装置、排气装置和进气装置。
球磨罐体包括罐体外壳以及由罐体外壳围合形成的球磨腔,支撑装置连接于罐体外壳,进气装置和排气装置分别对称设置于球磨罐体的相对的两端并均与球磨腔连通。
上述球磨机通过设置进气装置和排气装置,可通过气体的气流作用提高球磨腔内物料的碰撞效果,该球磨机尤其适用于提高3D打印用金属粉末流动性。
较佳地,上述球磨机还包括过滤装置,过滤装置设置于排气装置的靠近球磨腔的一端。通过设置过滤装置,可避免金属粉末随气体的排出而一并排出球磨腔。
本发明实施例还提供了一种提高3D打印用金属粉末流动性的方法,其可包括以下步骤:于球磨机的球磨腔中球磨金属粉末原料、磨球以及改性剂。球磨过程中通过进气装置向球磨机中持续输入新的惰性气体并同时持续通过排气装置输出旧的惰性气体。球磨结束后筛选粒度为15-53μm的金属粉末成品。
持续通气一方面可对金属粉末原料起到保护作用,避免其在球磨过程中氧化和氮化,另一方面有利于排出改性剂和粉末表面的气态杂质。
较佳地,新的惰性气体的输入速率等于旧的惰性气体的输出速率。二者速率相等,可使球磨腔内的气压维持平衡,以利于球磨腔内金属粉末在稳定的条件下相互碰撞,从而起到较佳的表面改性作用。
作为可选地,上述金属粉末原料为真空气雾化制备而得的合金粉末或单质粉末,例如:Fe粉、不锈钢粉、Co基高温合金粉末、Ni基高温合金粉末、模具钢粉、Al基合金粉末等。
可选地,本发明实施例中金属粉末原料的粒度可以为5-150μm。该粒度范围下有利于提高金属粉末原料的处理效率。
可参考地,金属粉末原料与磨球的重量比可以为3:1-1:5,例如3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:4以及1:5。该范围下的金属粉末原料和磨球能够在气流的辅助下充分球磨,以解决粉末卫星球的问题,提高粉末颗粒的球形度和流动性。值得说明的是,二者的重量比大于3:1后,会使金属粉末的量远超磨球的量,金属粉末得不到充分球磨;二者的重量比大于1:5后,磨球的数量过多,处理效率降低,增加成本。
较佳地,改性剂与金属粉末原料的重量比可以为1:1000000-100:1000000。改性剂通过磨球与金属粉末之间、金属粉末与金属粉末之间以及金属粉末与球磨罐体之间的物理碰撞以及碰撞过程中产生的高温对金属粉末表面进行改性处理,改善其表面物理状态。该比例范围下能在改性剂用量较低的同时还能起到较佳的改性效果。
作为可选地,本发明实施例中的惰性气体例如可以包括氮气、氩气或氦气。惰性气体的气流量可以为2-100L/min。气流量大于100L/min时容易在排气的时候携带细粉堵塞过滤装置,造成产品浪费;气流量小于2L/min时不易排出杂质,影响产品质量。
可选地,本发明实施例中球磨时间例如可以为1-20h,该球磨时间是依据惰性气体的流量以及上述金属粉末原料、磨球以及改性剂的用量而综合设定的,该球磨时间能结合本方案有效解决金属粉末卫星球的问题,提高金属粉末颗粒的球形度和流动性。
进一步地,球磨结束后,筛选过程包括第一次筛分和第二次筛分,第一次筛分是用分级方式去除粒度<15μm的球磨后的金属粉末原料,第二次筛分在第一次筛分后所得的金属粉末原料中选出粒度<53μm的金属粉末原料。上述筛选方法在保证目标产品粒度的前提下,可有效提高粉末的筛选效率,使其具有较好的筛选效果。
经上述方法所得的3D打印用金属粉末,形状呈球形或近球形,具有优异的流动性和高的松装密度,与金属粉末原料相比,不增加氧含量和杂质含量,可满足3D打印对金属粉末的要求。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种球磨机10,请参照图1,其包括球磨罐体11、支撑装置12、排气装置13、进气装置14和过滤装置15。
其中,球磨罐体11包括罐体外壳111以及由罐体外壳111围合形成的球磨腔112。支撑装置12连接于罐体外壳111,进气装置14和排气装置13分别对称设置于球磨罐体11的相对的两端并均与球磨腔112连通。过滤装置15设置于排气装置13的靠近球磨腔112的一端。
实施例2
本实施例提供一种提高3D打印用金属粉流动性的方法:
于球磨机的球磨腔中加入磨球、改性剂以及真空气雾化制备而得的粒度为5~150μm的不锈钢粉原料。不锈钢粉原料与磨球的重量比为1:1,改性剂与不锈钢粉原料的重量比为100:1000000,球磨20h。
球磨过程中通过进气装置向球磨腔中持续输入新的氩气并同时持续通过排气装置输出旧的氩气。新的氩气的输入速率等于旧的氩气的输出速率,氩气的气流量为50L/min。
球磨结束后,用分级方式去除粒度<15μm的球磨后的不锈钢粉,然后再选出粒度<53μm的不锈钢粉,从而得到粒度为15-53μm的不锈钢粉。
实施例3
本实施例提供一种提高3D打印用金属粉流动性的方法:
于球磨机的球磨腔中加入磨球、改性剂以及真空气雾化制备而得的粒度为10~100μm的Fe粉原料。Fe粉原料与磨球的重量比为3:1,改性剂与不锈钢粉原料的重量比为50:1000000,球磨10h。
球磨过程中通过进气装置向球磨腔中持续输入新的氩气并同时持续通过排气装置输出旧的氩气。新的氩气的输入速率等于旧的氩气的输出速率,氩气的气流量为2L/min。
球磨结束后,用分级方式去除粒度<15μm的球磨后的Fe粉,然后再选出粒度<53μm的Fe粉,从而得到粒度为15-53μm的Fe粉。
实施例4
本实施例提供一种提高3D打印用金属粉流动性的方法:
于球磨机的球磨腔中加入磨球、改性剂以及真空气雾化制备而得的粒度为15~60μm的Co基高温合金粉原料。Co基高温合金粉原料与磨球的重量比为1:5,改性剂与不锈钢粉原料的重量比为1:1000000,球磨1h。
球磨过程中通过进气装置向球磨腔中持续输入新的氩气并同时持续通过排气装置输出旧的氩气。新的氩气的输入速率等于旧的氩气的输出速率,氩气的气流量为2L/min。
球磨结束后,用分级方式去除粒度<15μm的球磨后的Co基高温合金粉,然后再选出粒度<53μm的Co基高温合金粉,从而得到粒度为15-53μm的Co基高温合金粉。
实施例5
本实施例提供一种提高3D打印用金属粉流动性的方法:
于球磨机的球磨腔中加入磨球、改性剂以及真空气雾化制备而得的粒度为5~100μm的Ni基高温合金粉原料。Ni基高温合金粉原料与磨球的重量比为2:1,改性剂与不锈钢粉原料的重量比为10:1000000,球磨5h。
球磨过程中通过进气装置向球磨腔中持续输入新的氦气并同时持续通过排气装置输出旧的氦气。新的氦气的输入速率等于旧的氦气的输出速率,氦气的气流量为10L/min。
球磨结束后,用分级方式去除粒度<15μm的球磨后的Ni基高温合金粉,然后再选出粒度<53μm的Ni基高温合金粉,从而得到粒度为15-53μm的Ni基高温合金粉。
实施例6
本实施例提供一种提高3D打印用金属粉流动性的方法:
于球磨机的球磨腔中加入磨球、改性剂以及真空气雾化制备而得的粒度为10~80μm的模具钢粉原料。模具钢粉原料与磨球的重量比为1:2,改性剂与不锈钢粉原料的重量比为60:1000000,球磨15h。
球磨过程中通过进气装置向球磨腔中持续输入新的氦气并同时持续通过排气装置输出旧的氦气。新的氦气的输入速率等于旧的氦气的输出速率,氦气的气流量为80L/min。
球磨结束后,用分级方式去除粒度<15μm的球磨后的模具钢粉,然后再选出粒度<53μm的模具钢粉,从而得到粒度为15-53μm的模具钢粉。
实施例7
本实施例提供一种提高3D打印用金属粉流动性的方法:
于球磨机的球磨腔中加入磨球、改性剂以及真空气雾化制备而得的粒度为5~120μm的Al基合金粉原料。Al基合金粉原料与磨球的重量比为1:3,改性剂与不锈钢粉原料的重量比为30:1000000,球磨6h。
球磨过程中通过进气装置向球磨腔中持续输入新的氮气并同时持续通过排气装置输出旧的氮气。新的氮气的输入速率等于旧的氮气的输出速率,氮气的气流量为30L/min。
球磨结束后,用分级方式去除粒度<15μm的球磨后的Al基合金粉,然后再选出粒度<53μm的Al基合金粉,从而得到粒度为15-53μm的Al基合金粉。
试验例
重复实施上述实施例2~7,得到足够多的金属粉末。以实施例2为例,所得的不锈钢粉末成品的形貌图请参照图2,并对所得的不锈钢粉末成品以及不锈钢粉末原料进行对比,其结果如表1所示。
表1对比结果
由表1可以看出,通过实施例2的方法,能较不锈钢粉末原料有效提高成品的流动性,且与金属粉末原料相比不增加氧含量和杂质含量。
综上所述,本发明较佳实施例提供的球磨机结构简单,尤其适用于提高3D打印用金属粉末流动性。提供的提高3D打印用金属粉末流动性的方法简单,可有效的减少金属粉末的卫星球数量,提升金属粉末表面物理状态。由此得到的3D打印用金属粉末为球形或近球形,具有优异的流动性和高的松装密度,与金属粉末原料相比不增加氧含量和杂质含量,可以满足3D打印对金属粉末的要求。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。