权利要求
1.一种树脂基高比重钨镍铁合金增材制造线材，其特征在于，该树脂基高比重钨镍铁合金增材制造线材的组分包括高比重钨镍铁合金和粘结剂;高比重钨镍铁合金与粘结剂的体积比为1:1，其中，粘结剂所用的原料按重量计，包括聚甲醛100份、聚丙烯5～10份、分散剂1～3份、润滑剂1～3份、热稳定剂1～5份。
2.根据权利要求1所述的树脂基高比重钨镍铁合金增材制造线材，其特征在于，所述聚甲醛为均聚聚甲醛;
所述聚丙烯为均聚聚丙烯;
所述分散剂为质量比为1：1的硬脂酸与乙撑双硬脂酰胺;
所述润滑剂为三酸甘油酯类。
所述热稳定剂为锌氧化物。
3.一种树脂基高比重钨镍铁合金增材制造线材的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将高比重钨镍铁合金粉末、聚甲醛与聚丙烯置于温度为70～90℃的条件下进行干燥后取出;
(2)将高比重钨镍铁合金粉末与粘结剂混合;室温搅拌10～30min后取出，得到线材制备共混料;
(3)将步骤(2)中得到的线材制备共混料装入双螺杆挤出机进行熔融并挤出，双螺杆挤出机的1-6段分别设定温度为190～195℃、190～195℃、190～195℃、185～190℃、185～190℃、185～190℃，得到的料条经过风冷冷却后用切粒机进行切粒，得到混合颗粒料备用;
(4)将步骤(3)中得到的混合颗粒料投入单螺杆挤出机进行熔融并拉线，单螺杆挤出机的1-3段分别设定温度为185～190℃、190～195℃、190～195℃，拉挤所获得的线材经水冷冷却后，通过牵引机牵引并进行收卷，通过调节单螺杆挤出机挤出速度与牵引机的牵引速度，控制线材直径为1.70～1.80mm，最后得到树脂基高比重钨镍铁合金增材制造线材。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于金属增材制造材料制备技术领域，涉及一种树脂基高比重钨镍铁合金增材制造线材及其制备方法。
背景技术
[0002]高比重钨镍铁合金凭借其高密度、高强度、高熔点、低热膨胀、耐腐蚀及优异辐射屏蔽性能，广泛应用于航空航天、电子、冶金、核工业及国防领域的关键部件。然而，传统粉末冶金工艺灵活性差、依赖模具，易使复杂结构件(薄壁、曲面件)产生变形、裂纹等缺陷;另一方面，传统粉末床熔融式增材制造技术，需要极高的能量，会产生剧烈热应力，导致高韧脆转变温度下产生多方向毫米级裂纹，最终难以获得高致密度的高比重钨镍铁合金构件。区别于粉末床熔融式增材制造技术，挤出式增材制造技术采用金属粉末与粘结剂混炼后制备而成的线材，通过打印机逐层熔融线材内部的粘结剂以低温控形打印，然后将打印态构件进行脱脂去除粘结剂基体，最后将脱脂态构件放入高温烧结炉内经烧结后实现金属构件成形。该技术凭借其低能耗与低制造成本等独特优势，在难熔金属的复杂构件制备方面具有极其广阔的应用前景。
[0003]线材作为该技术的原材料，其制备技术是实现高比重钨镍铁合金挤出式增材制造技术的基础。因此，研发出适用于该技术的增材制造线材是实现高比重钨镍铁合金挤出式增材制造的基础。由于高比重钨镍铁合金粉末密度极高(ρ>17g/cm3)且质量占比在90%以上，导致在线材制备与收卷过程中极易出现沉降、断裂等现象。因此，开发一种适用于高比重钨镍铁合金增材制造技术的线材，对实现高比重钨镍铁合金增材制造具有重要的意义。
发明内容
[0004]本发明的目的在于解决高比重钨镍铁合金挤出式增材制造线材制备过程中易出现的粉末沉降和线材断裂的问题。发明了一种树脂基高比重钨镍铁合金挤出式增材制造线材及其制备方法。通过在粘结剂中加入分散剂，提高了高比重钨镍铁合金粉末与聚合物之间的相容性，有效抑制粉末团聚现象，从而增强了线材的均匀性与力学韧性;热稳定剂保障材料在螺杆挤出时高温加工条件下的热稳定性，避免粘结剂分解;润滑剂降低线材挤出与成型过程中的摩擦力，改善了流动性。此外，还开发了与之相适应的制备工艺与方法，实现了高比重钨镍铁合金挤出式增材制造线材的高质量、稳定制备。
[0005]本发明的技术方案：
[0006]一种树脂基高比重钨镍铁合金增材制造线材，其组分包括高比重钨镍铁合金和粘结剂;高比重钨镍铁合金与粘结剂的体积比为1:1，其中，粘结剂所用的原料按重量计，包括聚甲醛100份、聚丙烯5～10份、分散剂1～3份、润滑剂1～3份、热稳定剂1～5份;
[0007]所述聚甲醛为均聚聚甲醛;
[0008]所述聚丙烯为均聚聚丙烯;
[0009]所述分散剂为质量比为1：1的硬脂酸与乙撑双硬脂酰胺;
[0010]所述润滑剂为三酸甘油酯类。
[0011]所述热稳定剂为锌氧化物。
[0012]一种树脂基高比重钨镍铁合金增材制造线材的制备方法，步骤如下：
[0013](1)将高比重钨镍铁合金粉末、聚甲醛与聚丙烯置于温度为70～90℃的条件下进行干燥后取出;
[0014](2)将高比重钨镍铁合金粉末与粘结剂混合;室温搅拌10～30min后取出，得到线材制备共混料;
[0015](3)将步骤(2)中得到的线材制备共混料装入双螺杆挤出机进行熔融并挤出，双螺杆挤出机的1-6段分别设定温度为190～195℃、190～195℃、190～195℃、185～190℃、185～190℃、185～190℃，得到的料条经过风冷冷却后用切粒机进行切粒，得到混合颗粒料备用;
[0016](4)将步骤(3)中得到的混合颗粒料投入单螺杆挤出机进行熔融并拉线，单螺杆挤出机的1-3段分别设定温度为185～190℃、190～195℃、190～195℃，拉挤所获得的线材经水冷冷却后，通过牵引机牵引并进行收卷，通过调节单螺杆挤出机挤出速度与牵引机的牵引速度，控制线材直径为1.70～1.80mm，最后得到树脂基高比重钨镍铁合金增材制造线材。
[0017]本发明中的热塑性粘结剂可以制备高韧性增材制造线材，制备、收卷及打印过程中不易发生断裂。脱脂过程中打印态构件内部热塑性粘结剂可实现快速催化脱脂去除，有利于维护打印态构件的尺寸精度。通过添加分散剂与润滑剂提高了高比重钨镍铁金属粉末与热塑性粘结剂的相容性，以避免高比重钨镍铁金属粉末出现团聚现象，制备的线材内部成分更均匀，且具有较高的韧性。
[0018]本发明的有益效果：
[0019](1)本发明通过使用高比重钨镍铁金属粉末与粘结剂共混后制备出高韧性增材制造线材，可以实现钨含量达95%的钨镍铁合金构件的增材制造。
[0020](2)本发明中主粘结剂聚甲醛成分可实现快速催化脱脂，相比市售蜡基粘结剂金属线材试件，脱脂效率提高2～4倍。
附图说明
[0021]图1是本发明高比重钨镍铁合金增材制造线材的实物图。
[0022]图2是本发明高比重钨镍铁合金增材制造线材截面SEM电镜照片。
具体实施方式
[0023]以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
[0024]实施例1
[0025]本实例提供了93W-Ni-Fe高比重钨镍铁合金挤出式增材制造线材的制备方法，包括以下步骤：
[0026]S1、将93W-Ni-Fe高比重钨镍铁合金粉末、聚甲醛与聚丙烯颗粒进行干燥处理，高比重钨镍铁合金粉末、聚甲醛、聚丙烯、分散剂、润滑剂、热稳定剂按比例混合后使用搅拌机混料，得到混合物。
[0027]S2、调节双螺杆挤出机的分区温度并预热，设定螺杆转速，将上述混合物装入双螺杆挤出机的喂料口。开启主机挤出料条，风冷后使用切粒机进行造粒，得到金属与粘结剂混合颗粒料。
[0028]S3、调节单螺杆挤出机分区温度并预热，设定螺杆转速，将颗粒料装入喂料口。开启主机并调节螺杆转速与牵引速度，经过水冷后收卷得到高比重钨镍铁合金线材。
[0029]所述高比重钨镍铁合金粉末5000克，钨元素质量含量为93%，密度为17.6g/cm3，钨、镍、铁粉混合球磨时间20小时，粉末粒径范围为1～5微米。所述聚甲醛为杜邦100P均聚聚甲醛394.44克，熔融指数为2.10g/10min，熔融温度为175℃、所述聚丙烯为中国石化T30S均聚聚丙烯31.6克，熔融指数为3g/10min，熔融温度为165℃。所述分散剂为硬脂酸与乙撑双硬脂酰胺，质量均为8.8克。所述润滑剂为植物花生油9.58克，所述热稳定剂为纳米氧化锌19.44克，粒径为50±10nm。
[0030]所述聚甲醛与聚丙烯原料干燥条件为75℃，6h;混料时间为15min。
[0031]所述双螺杆挤出机分区温度为190℃、190℃、190℃、185℃、185℃、185℃。主机转速为130Rpm。得到金属与粘结剂混合颗粒料。
[0032]所述单螺杆挤出机分区温度为185℃、190℃、190℃;线材冷却水温为55℃。主机转速为400Rpm，牵引速度为360Rpm。经激光测径仪测量与收卷装置收卷后得到93W-Ni-Fe高比重钨镍铁合金增材制造线材。
[0033]图1是本发明高比重钨镍铁合金增材制造线材的实物图。该线材平均直径范围为1.75±0.05mm，线材平均抗拉强度为10.38Mpa。图2为高比重钨合金挤出式增材制造线材截面SEM电镜图像，可见金属粉末无明显团聚现象。使用该线材打印尺寸10×10×10mm的93W-Ni-Fe高比重钨镍铁构件脱脂时间相比于传统溶剂脱脂13小时，仅需6小时即可完成。
[0034]实施例2
[0035]本实例提供95W-Ni-Fe高比重钨镍铁合金挤出式增材制造线材的制备方法，包括以下步骤：
[0036]S1、将95W-Ni-Fe高比重钨镍铁合金粉末、聚甲醛与聚丙烯颗粒进行干燥处理后将高比重钨镍铁合金粉末、聚甲醛、聚丙烯、分散剂、润滑剂、热稳定剂按比例混合后使用搅拌机混料，得到混合物。
[0037]S2、调节双螺杆挤出机的分区温度并预热，设定螺杆转速，将上述混合物装入双螺杆挤出机的喂料口。开启主机挤出料条，风冷后使用切粒机切粒，得到金属与粘结剂混合颗粒料。
[0038]S3、调节单螺杆挤出机分区温度并预热，设定螺杆转速，将颗粒料装入喂料口。开启主机并调节螺杆转速与牵引速度，经过水冷后收卷得到高比重钨镍铁合金线材。
[0039]所述高比重钨镍铁合金粉末5000克，钨元素含量为95%，密度为18.10g/cm3，粉末粒径范围为1～3微米。所述聚甲醛为杜邦100P均聚聚甲醛383.55克，熔融指数为2.10g/10min，熔融温度为175℃、所述聚丙烯为中国石化T30S均聚聚丙烯30.72克，熔融指数为3g/10min，熔融温度为165℃。所述分散剂为硬脂酸与乙撑双硬脂酰胺，质量均为8.56克。所述润滑剂为植物花生油9.32克，所述热稳定剂为纳米级氧化锌18.91克，粒径为50±10nm。
[0040]所述聚甲醛与聚丙烯原料干燥条件为75℃，6h，混料时间为15min。
[0041]所述双螺杆挤出机分区温度为195℃、195℃、195℃、190℃、190℃、190℃。主机转速为100Rpm。得到金属与粘结剂混合颗粒喂料。
[0042]所述单螺杆挤出机分区温度为190℃、195℃、195℃;线材冷却水温为50℃。主机转速为350Rpm，牵引速度为340Rpm。经激光测径仪测量与收卷装置收卷后得到高比重钨镍铁合金增材制造线材。
[0043]该线材平均直径范围为1.75±0.05mm，线材平均抗拉强度为9.55Mpa。使用该线材打印10×10×10mm的95W-Ni-Fe高比重钨镍铁构件相比于溶剂脱脂13小时时间，仅需6小时即可完成。
说明书附图(2)
