本發(fā)明涉及3d打印，具體涉及一種用于磁力結(jié)合3d打印的金屬粉末及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、增材制造技術(shù)是目前先進制造技術(shù)之一，主要類型包括熔融沉積式成型、激光增材制造、電子束熔融成型、粘結(jié)劑噴射成型等。其中，粘結(jié)劑噴射成型在鑄造生產(chǎn)的無模成型中得到了廣泛的應用。然而，使用粘結(jié)劑的成本高，容易在鑄件中產(chǎn)生氣孔缺陷，會造成環(huán)境污染，清理難度高。新型磁力結(jié)合3d打印技術(shù)通過磁場下的磁力作用，將模型結(jié)合為一整體以替代或減少粘結(jié)劑的使用，可解決上述提到的問題。而新型磁力結(jié)合3d打印技術(shù)實現(xiàn)的關(guān)鍵，是需要一種磁性可選區(qū)調(diào)控的粉末材料。

2、目前研究較多的磁性轉(zhuǎn)變方式主要為化學摻雜法、晶態(tài)轉(zhuǎn)變法、高溫氧化法等，但這些方法應用于磁力結(jié)合3d打印技術(shù)存在很多困難，仍需發(fā)展一種能夠?qū)崿F(xiàn)3d打印簡單高效磁性調(diào)控的粉末材料。亞穩(wěn)態(tài)奧氏體鋼根據(jù)不同的組織結(jié)構(gòu)會呈現(xiàn)不同的磁學性質(zhì)，其中體心立方結(jié)構(gòu)(bcc)的馬氏體相呈鐵磁性，而面心立方結(jié)構(gòu)(fcc)的奧氏體相呈順磁性。在一定驅(qū)動力下，亞穩(wěn)態(tài)奧氏體鋼中的奧氏體相可以迅速的發(fā)生馬氏體相轉(zhuǎn)變，可以發(fā)展為一種高效實現(xiàn)材料磁性調(diào)控的途徑。然而，由于研究主要集中在避免奧氏體鋼中發(fā)生相變提高穩(wěn)定性或使部分相變提高材料的機械性能，對于相變引起的磁性轉(zhuǎn)變特性還尚未得到充分利用。

3、因此，通過調(diào)整奧氏體鋼中cr、ni、mn等元素的含量比例，研究設(shè)計并制備出一種亞穩(wěn)態(tài)奧氏體鋼粉末，在較小的驅(qū)動力下可實現(xiàn)更多的馬氏體相轉(zhuǎn)變量產(chǎn)生磁性，且在熱處理后能回復到奧氏體相實現(xiàn)退磁，充分發(fā)揮奧氏體鋼相變所產(chǎn)生的磁性變化特性使其應用于磁力結(jié)合3d打印技術(shù)中，具有重要的應用價值。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有噴射粘結(jié)劑3d打印技術(shù)用于鑄造時會造成氣孔缺陷、環(huán)境污染、清理難度高的問題，本發(fā)明提供一種用于磁力結(jié)合3d打印的金屬粉末，該金屬粉末材料的磁性可選區(qū)調(diào)控，通過磁場下的磁力作用將模型結(jié)合為一整體以替代或減少粘結(jié)劑的使用，同時本發(fā)明還提供一種用于磁力結(jié)合3d打印的金屬粉末制備方法。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

3、一方面，本發(fā)明提供了一種用于磁力結(jié)合3d打印的金屬粉末，所述金屬粉末為一種奧氏體鋼金屬粉末，初始狀態(tài)下基本無磁性，經(jīng)過受力后能產(chǎn)生磁性，再經(jīng)過加熱處理后又能回復到基本無磁性。

4、進一步，所述奧氏體鋼金屬粉末的馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度低于3d打印鋪粉溫度，應變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變的最高溫度高于3d打印鋪粉溫度，層錯能大于等于18mj/m2，鎳當量和鉻當量處于在舍弗勒組織圖上的奧氏體相區(qū)。

5、另一方面，本發(fā)明提供了一種用于磁力結(jié)合3d打印的金屬粉末制備方法，包括以下步驟：

6、s1、設(shè)計金屬材料成分，使其馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度低于3d打印鋪粉溫度，使其應變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變的最高溫度高于3d打印鋪粉溫度，使其層錯能大于等于18mj/m2，鎳當量和鉻當量處于在舍弗勒組織圖上的奧氏體相區(qū)；

7、s2、熔煉，按照設(shè)計的成分熔煉金屬材料；

8、s3、粉末加工，將熔煉的金屬制成金屬粉末；

9、s4、將金屬粉末進行固溶處理及水淬處理，得到基本無磁性的金屬粉末；

10、s5、使基本無磁性的金屬粉末受力后產(chǎn)生磁性。

11、進一步，所述步驟s1設(shè)計金屬材料成分包括以下步驟：

12、s11、初步設(shè)計材料的成分范圍；

13、s12、計算材料的馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度，選取馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度低于3d打印鋪粉溫度的成分范圍；

14、s13、在步驟s12篩選的成分范圍內(nèi)，計算材料的應變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變的最高溫度，選取應變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變的最高溫度高于3d打印鋪粉溫度的成分范圍；

15、s14、在步驟s13篩選的成分范圍內(nèi)，計算材料的層錯能，選取層錯能大于等于18mj/m2的成分范圍；

16、s15、在步驟s14篩選的成分范圍內(nèi)，計算材料的鎳當量和鉻當量，選取鎳當量和鉻當量處于在舍弗勒組織圖上的奧氏體相區(qū)的成分范圍；

17、s16、在步驟s15篩選的成分范圍內(nèi)，計算材料的鉻鎳比，并對步驟s15篩選的成分按鉻鎳比進行排序，選取其中鉻鎳比高的成分。

18、進一步，所述步驟s1中材料的應變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變的最高溫度用md30代表，md30即真應變?yōu)?0％時奧氏體產(chǎn)生50％馬氏體轉(zhuǎn)變時的溫度；所述步驟s1中材料的層錯能用代表，是室溫300k下的層錯能。

19、進一步，所述材料的馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度計算如下：

20、ms＝1350-1655(wc+wn)-33wmn-28wsi-42wcr-61wni

21、所述材料的應變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變的最高溫度計算如下：

22、md30＝413-462(wc+wn)-8.1wmn-9.2wsi-13.7wcr-9.5wni-18.5wmo

23、所述材料的層錯能計算如下：

24、

25、所述材料的鎳當量計算如下：

26、nieq＝wni+30(wc+wn)+0.5(wmn+wcu+wco)

27、所述材料的鉻當量計算如下：

28、creq＝wcr+1.5wsi+wmo

29、其中，wc、wn、wmn、wsi、wcr、wni、wmo、wcu、wco分別代表金屬合金中c、n、mn、si、cr、ni、mo、cu、co元素的重量百分比；是室溫300k下的層錯能，是純γ-fe在室溫時的層錯能。

30、進一步，所述步驟s2中的熔煉為真空感應熔煉。

31、進一步，所述步驟s3中的粉末加工為惰性氣體霧化。

32、進一步，所述步驟s5使基本無磁性的金屬粉末受力后產(chǎn)生磁性的方法為拋/噴丸處理。

33、進一步，所述拋/噴丸處理金屬粉末材料的噴射速度為10-160米/秒。

34、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的用于磁力結(jié)合3d打印的金屬粉末，特征指標能夠滿足磁力結(jié)合3d打印技術(shù)對于鋪粉材料的要求，易于實現(xiàn)工業(yè)化制備；本發(fā)明提供的用于磁力結(jié)合3d打印的金屬粉末制備方法，能夠?qū)崿F(xiàn)成分的定量精確設(shè)計，過程可操作性強，易于實現(xiàn)計算機篩選。

技術(shù)特征：

1.一種用于磁力結(jié)合3d打印的金屬粉末，其特征在于，所述金屬粉末為一種奧氏體鋼金屬粉末，初始狀態(tài)下基本無磁性，經(jīng)過受力后能產(chǎn)生磁性，再經(jīng)過加熱處理后又能回復到基本無磁性。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁力結(jié)合3d打印的金屬粉末，其特征在于，所述奧氏體鋼金屬粉末的馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度低于3d打印鋪粉溫度，應變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變的最高溫度高于3d打印鋪粉溫度，層錯能大于等于18mj/m2，鎳當量和鉻當量處于在舍弗勒組織圖上的奧氏體相區(qū)。

3.一種用于磁力結(jié)合3d打印的金屬粉末制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于磁力結(jié)合3d打印的金屬粉末制備方法，其特征在于，所述步驟s1設(shè)計金屬材料成分包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于磁力結(jié)合3d打印的金屬粉末制備方法，其特征在于，所述步驟s1中材料的應變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變的最高溫度用md30代表，md30即真應變?yōu)?0％時奧氏體產(chǎn)生50％馬氏體轉(zhuǎn)變時的溫度；所述步驟s1中材料的層錯能用代表，是室溫300k下的層錯能。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于磁力結(jié)合3d打印的金屬粉末制備方法，其特征在于，所述材料的馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度計算如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于磁力結(jié)合3d打印的金屬粉末制備方法，其特征在于，所述步驟s2中的熔煉為真空感應熔煉。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于磁力結(jié)合3d打印的金屬粉末制備方法，其特征在于，所述步驟s3中的粉末加工為惰性氣體霧化。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于磁力結(jié)合3d打印的金屬粉末制備方法，其特征在于，所述步驟s5使基本無磁性的金屬粉末受力后產(chǎn)生磁性的方法為拋/噴丸處理。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于磁力結(jié)合3d打印的金屬粉末制備方法，其特征在于，所述拋/噴丸處理金屬粉末材料的噴射速度為10-160米/秒。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種用于磁力結(jié)合3D打印的金屬粉末，金屬粉末為奧氏體鋼金屬粉末，初始狀態(tài)下基本無磁性，經(jīng)過受力后能產(chǎn)生磁性，再經(jīng)過加熱處理后又能回復到基本無磁性。本發(fā)明還提供一種用于磁力結(jié)合3D打印的金屬粉末制備方法，包括設(shè)計材料成分，使其馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度低于3D打印鋪粉溫度，應變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變的最高溫度高于3D打印鋪粉溫度，層錯能大于等于18mJ/m<supgt;2</supgt;，鎳當量和鉻當量處于在舍弗勒組織圖上的奧氏體相區(qū)；按照設(shè)計的成分熔煉金屬材料；將熔煉的金屬制成金屬粉末；固溶處理及水淬處理，得到基本無磁性的金屬粉末；使粉末受力后產(chǎn)生磁性。本發(fā)明制備的金屬粉末，特征指標能滿足磁力結(jié)合3D打印的要求，易于實現(xiàn)工業(yè)化制備。

技術(shù)研發(fā)人員：趙一舟,駱思翰,趙建華
受保護的技術(shù)使用者：重慶大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30