一种3D打印用球形钴铬合金粉末及其制备方法

本发明属于低氧球形粉末制备，尤其涉及一种3d打印用球形钴铬合金粉末及其制备方法。

背景技术：

1、在医疗领域，钴铬合金常用于制备牙冠及各种体内植入物，如髋骨、心血管支架等。根据钴铬合金成型件的制备方法，可以分为增材制造法和铸造法。增材制造制备钴铬合金相较于传统铸造法具有零件快速一体成型、产品复杂性和设计自由度高和节省原材料等优势，所得到的产品成型精度更高。但是在增材制造过程中，金属粉末原材料的氧含量是一个关键因素，氧含量过高很有可能导致打印过程中成分不均匀，产生偏析，极大影响成型件的力学性能，进而导致产品在生产过程中成品率低等问题。

2、目前，市场上增材制造用钴铬合金粉末主要采用气雾化方法制备，此方法对金属粉末的粒度要求≤63mm，而气雾化法对此粒度范围的粉末收粉率较低。

3、喷雾造粒可用来制备近球形粉末颗粒，且具有控制粉末粒径的优势，射频等离子球化可以使粉末更加致密，球形度更高。而喷雾造粒所需要的原料粉末粒径较小，粉末粒径越小，粉末的氧含量越高，尤其对于cr粉，从制备方法来看，细铬粉的氧含量极容易升高。因此还需对喷雾造粒得到的造粒粉进行降氧处理。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种3d打印用球形钴铬合金粉末及其制备方法，采用喷雾造粒-脱氧烧结-等离子球化的技术路线，得到低氧球形钴铬合金粉末，其粉末球形度高、流动性好、松装密度高，性能优，适合大规模推广应用。

2、本发明的目的是通过如下措施来实现的：一种3d打印用球形钴铬合金粉末，由以下重量份数的原料粉组成：cr：260～300份，w：40～70份，mo：40～70份，si：6～12份，co：560～640份，碳源50～140份，粘结剂溶液410～820份。

3、上述的一种3d打印用球形钴铬合金粉末，所述碳源为柠檬酸、葡萄糖、果糖的一种或多种。

4、上述的一种3d打印用球形钴铬合金粉末，所述粘结剂溶液为聚乙烯醇、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺的一种或多种。

5、上述的的3d打印用球形钴铬合金粉末的制备方法，包括以下步骤：

6、s1：准备原料，称取以下重量份数的原料粉：cr：260～300份，w：40～70份，mo：40～70份，si：6～12份，co：560～640份，碳源50～140份，粘结剂溶液410～820份，备用；

7、s2：将s1备好的cr粉、w粉、mo粉、si粉、co粉、碳源依次加入至粘结剂溶液中，通过球磨制得均质的混合浆料，混合浆料经喷雾干燥后得到造粒粉末；

8、s3：将s2制得的造粒粉末置于高温炉当中，抽真空后充入惰性气体，在惰性气体气氛中进行原位脱氧烧结，经脱氧烧结后得到烧结造粒粉末；

9、s4：将s3制得的烧结造粒粉末进行射频等离子球化处理，后经水超声清洗，再置于真空烘箱中烘干，得到球形钴铬合金粉末。

10、上述的3d打印用球形钴铬合金粉末的制备方法，步骤s1中原料粉的粒径均≤5mm。

11、上述的3d打印用球形钴铬合金粉末的制备方法，步骤s2中混合浆料的具体制备方法是将原料粉与粘结剂溶液混合，以200～300r/min的速度搅拌15～25h，获得均质的混合浆料，混合浆料的固含量范围为60％～70％。

12、上述的3d打印用球形钴铬合金粉末的制备方法，步骤s2中喷雾干燥过程中进风温度200～240℃，出风温度100～130℃，喷雾造粒机的雾化器转速为6000～10000r/min。

13、上述的3d打印用球形钴铬合金粉末的制备方法，步骤s3中使加入的碳源与其他粉末进行原位还原反应，得到低氧烧结造粒粉，高温炉室温升至600～700℃，升温时间70～200min，保温4～5h；在烧结过程中压力维持在0.1mpa，高温炉需配备真空泵，抽真空后炉内气压需低于500pa，充入惰性气体后炉内压力维持在0.1mpa。

14、上述的3d打印用球形钴铬合金粉末的制备方法，步骤s4中射频等离子球化功率为60～80kw，送粉速率20～50g/min，载气2～10slm，边气70～130slm，中气3～20slm。

15、得到球形钴铬合金粉末氧含量≤800ppm，松装密度≥4.5g/cm3，流动性≤15s/50g。

16、本发明所述碳源的加入量以所加入碳的质量分数为准，当碳源中碳的质量分数加入量＜2％时，会发生金属粉末中的氧未反应完全，导致最终粉末氧含量过高而不达标；当碳源中碳的质量分数加入量＞5％，会发生加入的碳含量过高，导致最终粉末碳含量过高而不达标。

17、本发明的有益效果：

18、1、本发明以微米级co、cr、mo、w、si以及碳源粉末为原料，加入粘结剂溶液通过球磨制备浆料，浆料经喷雾干燥后，可得到近球形造粒粉末。

19、2、本发明在喷雾造粒的原料粉中加入碳源，结合脱氧烧结过程，使得造粒粉在烧结过程中发生原位还原反应，在粉末烧结致密化的同时，原料粉的氧含量得到初步的降低。

20、3、本发明得到的烧结造粒粉进行等离子球化处理，利用气体电离产生等离子体炬的高温将造粒粉末加热至熔化后，在表面张力的作用下形成球形，所得的球化粉末实现原料粉的合金化，且球化率和球形度高、杂质含量低。

21、4、在等离子球化过程中，整体粉末粒径会缩小，粉末颗粒存在孔隙中的氧会逸出，同时一些杂质元素也会在高温的作用下发生蒸发现象，因此在这个过程中，粉末的o、c元素的含量会进一步降低

技术特征：

1.一种3d打印用球形钴铬合金粉末，其特征在于：由以下重量份数的原料粉组成：cr：260～300份，w：40～70份，mo：40～70份，si：6～12份，co：560～640份，碳源50～140份，粘结剂溶液410～820份。

2.根据权利要求1所述的一种3d打印用球形钴铬合金粉末，其特征在于：所述碳源为柠檬酸、葡萄糖、果糖的一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述的一种3d打印用球形钴铬合金粉末，其特征在于：所述粘结剂溶液为聚乙烯醇、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺的一种或多种。

4.一种如权利要求1所述的3d打印用球形钴铬合金粉末的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的3d打印用球形钴铬合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤s1中原料粉的粒径均≤5mm。

6.根据权利要求5所述的3d打印用球形钴铬合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤s2中混合浆料的具体制备方法是将原料粉与粘结剂溶液混合，以200～300r/min的速度搅拌15～25h，获得均质的混合浆料，混合浆料的固含量范围为60％～70％。

7.根据权利要求6所述的3d打印用球形钴铬合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤s2中喷雾干燥过程中进风温度200～240℃，出风温度100～130℃，喷雾造粒机的雾化器转速为6000～10000r/min。

8.根据权利要求7所述的3d打印用球形钴铬合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤s3中高温炉室温升至600～700℃，升温时间70～200min，保温4～5h；在烧结过程中压力维持在0.1mpa，高温炉需配备真空泵，抽真空后炉内气压需低于500pa，充入惰性气体后炉内压力维持在0.1mpa。

9.根据权利要求8所述的3d打印用球形钴铬合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤s4中射频等离子球化功率为60～80kw，送粉速率20～50g/min，载气2～10slm，边气70～130slm，中气3～20slm。

10.根据权利要求9所述的3d打印用球形钴铬合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤s4中得到球形钴铬合金粉末氧含量≤800ppm，松装密度≥

技术总结本发明属于低氧球形粉末制备技术领域，尤其涉及一种3D打印用球形钴铬合金粉末及其制备方法，采用喷雾造粒‑脱氧烧结‑等离子球化的技术路线，得到低氧球形钴铬合金粉末，其粉末球形度高、流动性好、松装密度高，性能优，适合大规模推广应用。技术研发人员：郝振华,舒永春,何季麟,黄晗冰,马如龙,王培,刘洋受保护的技术使用者：郑州大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13