RU2718946C1 - Способ получения гранулированной металлопорошковой композиции (фидстока) и композиция, полученная данным способом - Google Patents
Способ получения гранулированной металлопорошковой композиции (фидстока) и композиция, полученная данным способом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2718946C1 RU2718946C1 RU2019118639A RU2019118639A RU2718946C1 RU 2718946 C1 RU2718946 C1 RU 2718946C1 RU 2019118639 A RU2019118639 A RU 2019118639A RU 2019118639 A RU2019118639 A RU 2019118639A RU 2718946 C1 RU2718946 C1 RU 2718946C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- bimodal
- mixture
- microencapsulating
- particles
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 title description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 97
- 230000002902 bimodal effect Effects 0.000 claims abstract description 44
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 39
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 38
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 53
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 53
- DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N dibutyl phthalate Chemical compound CCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCC DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims description 9
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 8
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 8
- PYGXAGIECVVIOZ-UHFFFAOYSA-N Dibutyl decanedioate Chemical compound CCCCOC(=O)CCCCCCCCC(=O)OCCCC PYGXAGIECVVIOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 6
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 6
- 229920002565 Polyethylene Glycol 400 Polymers 0.000 claims description 5
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- JLFNLZLINWHATN-UHFFFAOYSA-N pentaethylene glycol Chemical compound OCCOCCOCCOCCOCCO JLFNLZLINWHATN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 claims description 5
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 5
- 239000008118 PEG 6000 Substances 0.000 claims description 3
- 229920002584 Polyethylene Glycol 6000 Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 3
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BFMKFCLXZSUVPI-UHFFFAOYSA-N ethyl but-3-enoate Chemical compound CCOC(=O)CC=C BFMKFCLXZSUVPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 3
- 229920001684 low density polyethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 claims description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 3
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 2
- 239000000788 chromium alloy Substances 0.000 claims description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 claims description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 13
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 abstract description 12
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 10
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 abstract description 8
- 238000005245 sintering Methods 0.000 abstract description 8
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 15
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 11
- 239000000047 product Substances 0.000 description 11
- 239000001993 wax Substances 0.000 description 11
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 8
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 8
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 5
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 description 4
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Natural products CCCCCCCC(C)CCCCCCCCC(O)=O OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 4
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 4
- 239000008117 stearic acid Substances 0.000 description 4
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000011874 heated mixture Substances 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920002959 polymer blend Polymers 0.000 description 2
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VWBVCOPVKXNMMZ-UHFFFAOYSA-N 1,5-diaminoanthracene-9,10-dione Chemical compound O=C1C2=C(N)C=CC=C2C(=O)C2=C1C=CC=C2N VWBVCOPVKXNMMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002888 oleic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000008029 phthalate plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000035900 sweating Effects 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области обработки металлических порошков, а именно к получению гранулированных материалов (фидстоков), используемых для получения металлических изделий методом инжекционного формования/литья под давлением и аддитивного производства. Проводят деагломерацию и микрокапсуляцию частиц бимодального металлического порошка, содержащего наночастицы размером менее 100 нм и микрочастицы размером не более 5 мкм, при содержании наночастиц в смеси не более 20 мас.%. Затем осуществляют механическое смешивание микрокапсулированных частиц порошка со связующим, представляющим собой смесь термопластичного полимера и пластификатора. Смесь нагревают и экструдируют с получением гранул, содержащих бимодальный металлический порошок, микрокапсулирующее органическое вещество, пластификатор и термопластичный полимер при следующем соотношении компонентов, мас. %: бимодальный металлический порошок 85-95; микрокапсулирующее органическое вещество 0,5-1,5; пластификатор 0,1-1,5; термопластичный полимер 2-14. Обеспечивается равномерное распределение нано- и микрочастиц в объеме гранул, текучесть в интервале температур 115-160°C, снижение температуры спекания и плотность спеченных деталей не менее 0,95 от теоретической плотности. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил., 5 пр.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области обработки металлических порошков, а именно к получению гранулированных материалов (фидстоков), используемых для получения металлических изделий методом инжекционного формования/литья под давлением и аддитивного производства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известна металлополимерная композиция для изготовления стальных заготовок, раскрытая в [RU 2310542, опубл. 20.11.2007], получаемая методом механического смешивания двух смесей, компонентами одной из которых являются высокодисперсные порошки по крайней мере одного легирующего элемента, железа и оксида железа, мас.%, а компонентами второй - термореактивная фенолформальдегидная смола 8-15 мас.% и пластификатор - соль стеариновой кислоты.
К недостаткам можно отнести то, что для создания металлополимерной композиции используется смесь порошков разных металлов и оксида железа, при этом может возникнуть проблема равномерного распределения легирующих добавок в металлополимерной композиции железа/оксида железа.
Известен способ получения металлических фидстоков для PIM технологий, раскрытый в [RU 2630142, опубл. 05.09.2017], включающий механическое смешивание металлического порошка и связующего, при этом в качестве металлического порошка используют порошки на основе металла, выбранного из Fe, Ti, Аl, а в качестве связующего используют парафин и воск.
Использование парафина и воска в качестве связующего из-за низкой температуры плавления связующего не позволяет проводить формование изделий с использованием термопластавтомата. Высокая хрупкость изделий с использованием парафина и воска не позволяет формовать детали в автоматическом режиме.
Известен фидсток для 3D производственных процессов, в частности производства методом плавления нитей (Fused Filament Fabrication), раскрытый в [WO2018091517 (A1) ― 2018-05-24], содержащий (P) спекаемые частицы, изготовленные из металла, металлического сплава, стекла, керамического материала или их смеси; и (B) связующую композицию, содержащую пластификатор (b1) 5-15 мас.% от общей массы полимерной композиции и полимерного связующего компонента (b2) 85-95 мас.% от общей массы связующей композиции, количество спекаемых частиц (Р) составляет 40 об.% или более от композиции.
К недостаткам вышеприведенного можно отнести возможное неравномерное распределение компонентов – металлических частиц - по объему гранул, используемых в дальнейшем для получения металлополимерной нить (заготовка, стержень), которую используют для послойной 3D-печати изделия (аддитивные технологии). Неравномерное распределение обусловлено тем, что при изготовлении фидстока используют, в основном частицы размером 50-100 мкм и очень мало наночастиц размером 0,1 мкм, и более предпочтительны частицы размером более 1 мкм, и это может привести к высокой пористости в конечном продукте.
Известен фидсток в форме нити, раскрытый в [WO2016004985 (A1) - 2016-01-14] (filament), пригодной для использования в устройстве для 3D-печати (Fused Deposition Modelling Device), где нить содержит металлический и/или керамический порошок, термопластичное связующее и добавки. Изобретение также относится к применению связующего для производства нити для устройств 3D-печати. Для получения фидстока используют следующие компоненты: связующее и порошок нержавеющей стали со среднем диаметром 15 микрон, полученный методом атомизации, перемешивают при 130°C в смесителе и гомогенизируют в течение 1 часа для получения пластичной композиции.
К недостаткам данного технического решения можно отнести, как и у вышеприведенного размеры используемых частиц. Металлические частицы получают методом атомизации, позволяющим получать частицы только микронного размера, т.е. в исходном порошке отсутствуют наночастицы, обеспечивающие снижение температуры спекания частиц и плотную упаковку частиц.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В основу изобретения поставлена задача разработки способа получения гранулированного материала (фидстока) на основе бимодальных микрокапсулированных металлических порошков из/на основе нано- и микрочастиц из жаропрочных, жаростойких, коррозионностойких сплавов для формования сложнопрофильных деталей с помощью аддитивных технологий и литья под давлением.
Технический результат – получение фидстока, обладающего текучестью в интервале температур 115 – 160°C, с равномерным распределением нано- и микрочастиц в объеме гранул фидстока, что обеспечивает снижение температуры спекания и плотность спеченных деталей не менее 0,95 от теоретической плотности сплава.
Поставленная задача достигается тем, что, как и известный предлагаемый способ получения гранулированной металлопорошковой композиции (фидстока), включает механическое смешивание металлического порошка и связующего.
Новым является то, что упомянутый фидсток для формования сложнопрофильных деталей получают в две стадии:
− деагломерация и микрокапсуляция частиц бимодального металлического порошка на основе нано- и микрочастиц;
− механическое перемешивание микрокапсулированных частиц с полимером и пластификатором, нагревание полученной смеси и экструдирование расплава для получения гранул.
При этом в качестве металлического порошка используют бимодальные порошки, состоящие из нано- и микрочастиц сплавов, выбранных из группы, включающей жаропрочные, жаростойкие и коррозионностойкие сплавы на основе железа, а также хромоникелевые сплавы.
А в качестве связующего используют расплав термопластичного полимера, выбранного из группы, включающей полилактид, полиметилметакрилат, полистирол, сополимер этилвинилацетата, полиэтилен низкой плотности, полиэтиленовый воск или их смесь, и пластификатора, выбранного из группы, включающей дибутилфталат, дибутилсебацинат.
Кроме того деагломерацию и микрокапсуляцию осуществляют смешением бимодального порошка на основе нано- и микрочастиц с раствором микрокапсулирующего органического вещества и одновременного диспергирования смеси в виде суспензии упомянутого порошка в растворе с концентрацией от 1% до 10%, при следующем их соотношении, мас.%:
Бимодальный порошок на основе нано- и микрочастиц металлических сплавов 98,5-99,5;
Микрокапсулирующее органическое вещество 0,5-1,5.
При этом деагломерациию и микрокапсуляцию частиц упомянутого бимодального порошка проводят путем его смешения с раствором микрокапсулирующего органического вещества в изопропиловом спирте или нефтяном растворителе и одновременного диспергирования получаемой суспензии.
Кроме того, в качестве микрокапсулирующего органического вещества используют органические соединения, содержащие полярные функциональные группы, включающие кислород или азот и кислород, обеспечивающие сильное взаимодействие органических молекул с катионами металлов на поверхности нано- и микрочастиц.
Предпочтительно, что в качестве микрокапсулирующего органического вещества используют растворы ацетилацетона; полиэтиенгликоля ПЭГ400 и ПЭГ 6000; эфира полиэтиленгликоля синтанол ДС-10; 1,5-диаминоантрахинона, олеиновой и/или стеариновой кислоты, а качестве растворителя используют спирты, например, изопропиловый спирт, этанол, или легкокипящие углеводороды, например петролейный эфир, нефрас 80-120.
Кроме того, для получения гранул металлопорошковой композиции требуемого размера полученную смесь микрокапсулированного металлического порошка и связующего нагревают и экструдируют.
Полученная вышеописанным способом гранулированная металлопорошковая композиция (фидсток), предназначена для аддитивного изготовления или литья под давлением (инжекционного формования) сложнопрофильных металлических деталей.
Соотношение компонентов, в получаемом гранулированном металлическом материале, масс. %:
| Бимодальный металлический порошок | 85-95 |
| Микрокапсулирующее вещество | 0,5-1,5 |
| Пластификатор | 0,1-1,5 |
| Полимер | 2-14 |
Для достижения технического результата настоящего изобретения предлагается использовать бимодальные порошки, состоящие из нано- и микрочастиц сплавов, полученные методом электрического взрыва проволоки (ЭВП), в которых наночастицы заполняют пространство между микрочастицами, способствуют снижению температуры начала спекания «зеленых» деталей и обеспечивают низкую пористость изделия после спекания. Метод ЭВП позволяет получать бимодальные порошки, в которых нано- и микрочастицы равномерно перемешаны между собой в отличие от бимодальных порошков, полученных смешением двух порошков - нанопорошков и микропорошков, полученных другими методами. К тому же при использовании порошков, полученных ЭВП можно исключить длительную и затратную стадию смешения двух порошков.
Бимодальные порошки, полученные методом ЭВП, включают наночастицы размером до 100 нм и микрочастицы размером до 5 мкм. Ограничение по размеру микрочастиц до 5 мкм связано с более низкой температурой спекания таких частиц по сравнению с микрочастицами большего размера. Наночастицы заполняют пространство между микрочастицами и также обеспечивают снижение температуры спекания. Кроме того, наночастицы обеспечивают снижение вязкости металлопорошковой композиции. Однако при увеличении содержания наночастиц более 20% происходит увеличение вязкости металлопорошковой композиции. Таким образом, выбранные размерные характеристики нано- и микрочастиц и указанное содержание наночастиц в бимодальных порошках позволяют добиться снижения температуры спекания частиц, снижения вязкости металлопорошковой композиции и, за счет этого, увеличить содержание бимодального порошка в металлопорошковой композиции.
Деагломерацию проводят одновременно с микрокапсуляцией для разрушения крупных агломератов, предотвращения окисления, равномерного распределения нано- и микрочастиц в полимере. Микрокапсуляция частиц улучшает совмещение нано- и микрочастиц с полимерами.
Для получения металлопорошковой композиции проводят совмещение микрокапсулированного металлического порошка со смесью полимеров и пластификатора, при этом используют термопластичные полимеры, например, полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокой плотности, полипропилен, сополимер этилвинилацетат, полистирол, полиметилметакрилат, полилактид, полиэтиленовый воск или их смеси, а в качестве пластификатора используют дибутилфталат или дибутилсебацинат.
Микрокапсулирующие органические вещества (ацетилацетон; полиэтиенгликоль ПЭГ400 и ПЭГ 6000; эфир полиэтиленгликоля синтанол ДС-10; 1,5-диаминоантрахинон) используют в количестве 0,5 – 1,5% масс. Такое количество необходимо для формирования тонкого защитного слоя на поверхности частиц. Менее 0,5% масс. недостаточно для равномерной и полной микрокапсуляции нано- и микрочастиц сплавов. Использование более 1,5% масс. микрокапсулирующего вещества приводит к слипанию частиц между собой с образованием крупных агломератов. Указанный диапазон концентраций обеспечивает полное растворение органического вещества и равномерное тонкое покрытие частиц сплава микрокапсулирующим веществом.
Пластификаторы (дибутилфталат или дибутилсебацинат) используются в количестве 0,1 – 1,5% масс. для увеличения пластичности полимеров при переработке. Добавка более 1,5% масс. пластификатора приводит к выпотеванию и образованию крупных капель.
Содержание порошка сплава должно составлять 85 – 95% масс. Содержание порошка менее 85 % масс. приводит к существенной усадке спеченных изделий, а при более 95% масс. снижается текучесть расплава.
Гранулированный материал (фидсток) может быть использован для формования изделий следующими способами:
– инжекционное формование, или литье под давлением в термопластавтомате: гранулы металлопорошковой композиции загружаются в бункер, нагреваются, полученная пластичная масса подается под давлением в прессформу для формования изделий;
– аддитивное формование с использованием 3D-принтера с микроэкструдером, диаметр сопла 0,7 мм: гранулы металлопорошковой композиции загружаются в бункер, нагреваются до температуры размягчения, из полученной пластичной массы шнеком экструдера выдавливается нить толщиной 0,7 мм и ею послойно печатается изделие.
ИЗОБРЕТЕНИЕ ПОЯСНЯЕТСЯ ГРАФИЧЕСКИМИ МАТЕРИАЛАМИ
На фиг.1 представлены микрофотографии бимодальных порошков сплавов: а) ХН70Ю, б) ХН60ВТ и в) 316L.
На фиг.2 представлены ПЭМ-микрофотографии микрокапсулированных бимодальных порошков сплавов: а) ХН70Ю, б) ХН60ВТ и в) 316L.
На фиг.3 представлены микрофотографии изломов гранул металлопорошковой композиции на основе микрокапсулированных бимодальных порошков сплавов: а) ХН70Ю, б) ХН60ВТ и в) 316L.
На фиг.4 представлен излом детали, напечатанной с помощью 3D-принтера, фидсток из коррозионностойкого сплава марки 316L.
На фиг. 5 представлен излом детали, полученной литьем под давлением, фидсток из коррозионностойкого сплава марки 316L.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Сущность изобретения поясняется также нижеприведенными примерами конкретного выполнения.
Пример 1. Получение фидстока из жаропрочного сплава марки ХН70Ю. На фиг.1а представлено СЭМ-изображение бимодального порошка сплава ХН70Ю.
Деагломерация и микрокапсуляция бимодального порошка сплава ХН70Ю.
0,46 г стеариновой кислоты растворяют в 600 мл углеводородного растворителя нефрас 80-120. В раствор добавляют 60 г бимодального порошка сплава и перемешивают с помощью гомогенизатора со скоростью 5000 об/мин в течение 30 мин. Бимодальный порошок получен методом ЭВП, содержит наночастицы и микрочастицы размером не более 5 мкм. Средний размер наночастиц составляет 80 нм, содержание наночастиц составляет 16% масс. Затем растворитель отгоняют с помощью ротационного испарителя и извлекают микрокапсулированный порошок. Нарабатывают примерно 470 г микрокапсулированного порошка сплава ХН70Ю. На фиг.2а представлено ПЭМ-изображение микрокапсулированного бимодального порошка сплава ХН70Ю.
Совмещение микрокапсулированных частиц бимодального порошка сплава ХН70Ю с расплавом смеси полимеров.
Смесь полимеров, состоящую из 15 г полиметилметакрилата, 15 г полиэтиленового воска и 1,5 г пластификатора дибутилфталата загружают в сигма-Z-образный смеситель и перемешивают со скоростью 200 об/мин в течение 30 мин. Затем постепенно не останавливая перемешивание вносят 470 г микрокапсулированного порошка сплава ХН70Ю, нагревают и перемешивают при температуре 140°С со скоростью 200 об/мин в течение 1 ч.
Нагретую смесь загружают в бункер экструдера, нагревают до 160°C и экструдируют для получения гранул металлопорошковой композиции на основе сплава ХН70Ю.
Состав фидстока, масс. %.
| Порошок сплава ХН70Ю | 93 |
| Стеариновая кислота | 0,7 |
| Дибутилфталат | 0,3 |
| Полиэтиленовый воск | 3 |
| Полиметилметакрилат | 3 |
На фиг.3а представлен излом гранулы на основе сплава ХН70Ю, показывающий равномерное распределение наночастиц, микрочастиц и полимерного связующего.
Пример 2. Получение фидстока из жаростойкого сплава марки ХН60ВТ. На фиг. 1б представлено СЭМ-изображение бимодального порошка сплава ХН60ВТ.
Деагломерация и микрокапсуляция бимодального порошка сплава ХН60ВТ.
0,4 г ПЭГ400 растворяют в 600 мл изопропилового спирта. В раствор добавляют 60 г бимодального порошка сплава и перемешивают с помощью гомогенизатора со скоростью 5000 об/мин в течение 30 мин. Бимодальный порошок сплава ХН60ВТ, полученный методом ЭВП, содержит наночастицы cо средним размером 75 нм, и микрочастицы размером не более 5 мкм. Содержание наночастиц составляет 14% масс. Затем растворитель отгоняют с помощью ротационного испарителя и извлекают микрокапсулированный порошок. Нарабатывают примерно 470 г микрокапсулированного порошка сплава ХН60ВТ. На фиг.2б представлено ПЭМ-изображение микрокапсулированного бимодального порошка сплава ХН60ВТ.
Совмещение микрокапсулированных частиц бимодального порошка сплава ХН60ВТ с расплавом смеси полимеров.
Смесь полимеров, состоящую из 12,5 г сополимера этилвинилацетата, 17,5 г полиэтиленового воска и 2 г пластификатора дибутилфталата загружают в сигма-Z-образный смеситель и перемешивают со скоростью 200 об/мин в течение 30 мин. Затем постепенно не останавливая перемешивание вносят 470 г микрокапсулированного порошка сплава ХН60ВТ, нагревают и перемешивают при температуре 140°C со скоростью 200 об/мин в течение 1 ч. Нагретую смесь загружают в бункер экструдера и перерабатывают в гранулы при 160°C. Получают гранулы металлопорошковой композиции на основе сплава ХН60ВТ размером 1-5 мм.
Состав фидстока, масс. %.
| Порошок сплава ХН60ВТ | 93 |
| ПЭГ400 | 0,6 |
| Дибутилфталат | 0,4 |
| Полиэтиленовый воск | 3,5 |
| Сополимер этилвинилацетата | 2,5 |
На рисунке 3б представлен излом гранулы на основе сплава ХН60ВТ, показывающий равномерное распределение наночастиц, микрочастиц и полимерного связующего.
Пример 3. Получение фидстока из коррозионностойкого сплава марки 316L. На фиг. 1в представлено СЭМ-изображение бимодального порошка сплава 316L.
Деагломерация и микрокапсуляция бимодального порошка сплава 316L.
0,33 г синтанол ДС-10 растворяют в 600 мл изопропилового спирта. В раствор добавляют 60 г бимодального порошка сплава 316L и перемешивают с помощью гомогенизатора со скоростью 5000 об/мин в течение 30 мин. Бимодальный порошок сплава 316L, полученный методом ЭВП, содержит наночастицы и микрочастицы. Средний размер наночастиц составляет 75 нм, содержание наночастиц составляет 14 % масс. Размер микрочастиц составляет не более 5 мкм. Затем растворитель отгоняют с помощью ротационного испарителя и извлекают микрокапсулированный порошок. Нарабатывают примерно 470 г микрокапсулированного порошка сплава 316L. На фиг. 2в представлено ПЭМ-изображение микрокапсулированного бимодального порошка сплава 316L.
Совмещение микрокапсулированных частиц бимодального порошка сплава 316L с расплавом полимеров.
Смесь полимеров, состоящую из 17,5 г полилактида, 14 г полиэтиленового воска и 1 г пластификатора дибутилсебацината загружают в сигма-Z-образный смеситель и перемешивают со скоростью 200 об/мин в течение 30 мин. Затем постепенно, не останавливая перемешивание, вносят 470 г микрокапсулированного порошка сплава 316L, нагревают и перемешивают при температуре 140°C со скоростью 200 об/мин в течение 1 ч. Нагретую смесь загружают в бункер экструдера и перерабатывают в гранулы при 160°C. Получают гранулы металлопорошковой композиции на основе сплава 316L размером 1-5 мм.
Состав фидстока, масс. %.
| Порошок сплава 316L | 93 |
| Синтанол ДС-10 | 0,5 |
| Дибутилсебацинат | 0,2 |
| Полиэтиленовый воск | 2,8 |
| Полилактид | 3,5 |
На фиг.3в представлен излом гранулы на основе сплава 316L, показывающий равномерное распределение наночастиц, микрочастиц и полимерного связующего.
Пример 4. Аддитивное формование деталей.
Фидсток из коррозионностойкого сплава марки 316L, полученный по примеру 3, загружают в бункер 3D-принтера, оснащенного микроэкструдером с диаметром сопла 0,7 мм, нагревают до температуры плавления фидстока 140°C и формирующейся нитью печатают изделие. На фиг. 4 представлен излом детали, напечатанной с помощью 3D-принтера, показывающий равномерное распределение наночастиц, микрочастиц и полимерного связующего, и низкую пористость «зеленой» детали.
Пример 5 – Литье под давлением
Фидсток из коррозионностойкого сплава марки 316L, полученный по примеру 3, загружают в термопластавтомат, нагревают до температуры плавления фидстока 120°C и подают расплав под давлением 75 МПа в пресс-форму. На рисунке 5 представлен излом детали, полученной литьем под давлением. Сформованные детали спекают в вакуумной печи при температуре 1300°C в течение 30 мин. Плотность спеченных изделий, полученных из металлопорошковой композиции на основе сплава 316L составляет 0,95±0,02 от теоретической плотности сплава.
Claims (10)
1. Способ получения гранулированной металлопорошковой композиции, включающий механическое смешивание частиц металлического порошка со связующим, отличающийся тем, что перед механическим смешиванием осуществляют деагломерацию и микрокапсуляцию частиц бимодального металлического порошка, содержащего наночастицы размером менее 100 нм и микрочастицы размером не более 5 мкм, при содержании наночастиц в смеси не более 20 мас.%, затем осуществляют механическое смешивание микрокапсулированных частиц порошка со связующим, представляющим собой смесь термопластичного полимера и пластификатора, после чего полученную смесь нагревают и экструдируют с получением гранул.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что деагломерацию и микрокапсуляцию осуществляют путем смешивания бимодального порошка с раствором микрокапсулирующего органического вещества и одновременного диспергирования смеси в виде суспензии упомянутого порошка в растворе с концентрацией от 1 до 10%, при следующем их соотношении, мас.%:
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве микрокапсулирующего органического вещества используют вещества, выбранные из группы, включающей ацетилацетон, полиэтиленгликоль ПЭГ400 и ПЭГ 6000, эфир полиэтиленгликоля синтанол ДС-10 или 1,5-диаминоантрахинон.
4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют спирты, предпочтительно изопропиловый спирт, или легкокипящие углеводороды, предпочтительно нефтяной растворитель.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве термопластичного полимера используют вещества, выбранные из группы, включающей полилактид, полиметилметакрилат, полистирол, сополимер этилвинилацетата, полиэтилен низкой плотности или их смесь, а в качестве пластификатора используют дибутилфталат или дибутилсебацинат, при этом механическое смешивание осуществляют при следующем соотношении компонентов, мас.%:
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют бимодальный порошок, полученный методом электрического взрыва проволоки (ЭВП) из жаропрочных, жаростойких, коррозионно-стойких сплавов на основе железа и хромоникелевых сплавов.
7. Гранулированная металлопорошковая композиция, отличающаяся тем, что она получена способом по любому из пп. 1-6 в виде гранул, содержащих бимодальный металлический порошок, микрокапсулирующее органическое вещество, пластификатор и термопластичный полимер при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019118639A RU2718946C1 (ru) | 2019-06-17 | 2019-06-17 | Способ получения гранулированной металлопорошковой композиции (фидстока) и композиция, полученная данным способом |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019118639A RU2718946C1 (ru) | 2019-06-17 | 2019-06-17 | Способ получения гранулированной металлопорошковой композиции (фидстока) и композиция, полученная данным способом |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2718946C1 true RU2718946C1 (ru) | 2020-04-15 |
Family
ID=70277809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019118639A RU2718946C1 (ru) | 2019-06-17 | 2019-06-17 | Способ получения гранулированной металлопорошковой композиции (фидстока) и композиция, полученная данным способом |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2718946C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2760015C1 (ru) * | 2020-11-30 | 2021-11-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Способ получения термопластичного полимерно-керамического филамента для 3-D печати методом послойного наплавления |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060092196A (ko) * | 2006-08-07 | 2006-08-22 | 한양대학교 산학협력단 | 나노크기 금속분말의 성형용 피드스톡 제조방법 및 이를이용한 소결체 제조방법 |
| RU2310542C1 (ru) * | 2006-07-17 | 2007-11-20 | ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "НаноМет" | Металлополимерная композиция для изготовления стальных заготовок |
| US20080286141A1 (en) * | 2004-07-23 | 2008-11-20 | Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University | Method for Preparing Nano-Sized Metal Powder Feedstock and Method for Producing Sintered Body Using the Feedstock |
| US7585458B2 (en) * | 2004-03-08 | 2009-09-08 | Battelle Memorial Institute | Method of using a feedstock composition for powder metallurgy forming of reactive metals |
| RU2630142C1 (ru) * | 2016-11-30 | 2017-09-05 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (НИ ТПУ) | Способ получения металлического фидстока |
| RU2643539C1 (ru) * | 2016-12-02 | 2018-02-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ фракционирования полидисперсных смесей нано- и микрочастиц |
| US10189204B2 (en) * | 2016-12-14 | 2019-01-29 | Desktop Metal, Inc. | Composite feedstock for additive manufacturing |
-
2019
- 2019-06-17 RU RU2019118639A patent/RU2718946C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7585458B2 (en) * | 2004-03-08 | 2009-09-08 | Battelle Memorial Institute | Method of using a feedstock composition for powder metallurgy forming of reactive metals |
| US20080286141A1 (en) * | 2004-07-23 | 2008-11-20 | Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University | Method for Preparing Nano-Sized Metal Powder Feedstock and Method for Producing Sintered Body Using the Feedstock |
| RU2310542C1 (ru) * | 2006-07-17 | 2007-11-20 | ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "НаноМет" | Металлополимерная композиция для изготовления стальных заготовок |
| KR20060092196A (ko) * | 2006-08-07 | 2006-08-22 | 한양대학교 산학협력단 | 나노크기 금속분말의 성형용 피드스톡 제조방법 및 이를이용한 소결체 제조방법 |
| RU2630142C1 (ru) * | 2016-11-30 | 2017-09-05 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (НИ ТПУ) | Способ получения металлического фидстока |
| RU2643539C1 (ru) * | 2016-12-02 | 2018-02-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ фракционирования полидисперсных смесей нано- и микрочастиц |
| US10189204B2 (en) * | 2016-12-14 | 2019-01-29 | Desktop Metal, Inc. | Composite feedstock for additive manufacturing |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2760015C1 (ru) * | 2020-11-30 | 2021-11-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Способ получения термопластичного полимерно-керамического филамента для 3-D печати методом послойного наплавления |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ramazani et al. | Metal FDM, a new extrusion-based additive manufacturing technology for manufacturing of metallic parts: a review | |
| US5950063A (en) | Method of powder injection molding | |
| JPH01156401A (ja) | 金属粉末射出成形による鉄焼結体の製造方法 | |
| JP2002515542A (ja) | 流動剤含有冶金用鉄基組成物及びその使用方法 | |
| JP5439194B2 (ja) | 有機バインダの製造方法および有機バインダ | |
| CN115055674A (zh) | 一种适用于增材制造钨钴硬质合金零部件的喂料及其制备方法和应用 | |
| EP2543696A1 (de) | Pulver enthaltend mit Polymer beschichtete polymere Kernpartikel | |
| CN106280201A (zh) | 三维打印线材 | |
| CN110204334A (zh) | 一种高致密度氧化锆粉末注射成型专用料及其制备方法 | |
| RU2718946C1 (ru) | Способ получения гранулированной металлопорошковой композиции (фидстока) и композиция, полученная данным способом | |
| JPH03180402A (ja) | 金属又はセラミツク粉末の射出成形又は押出用結合剤組成物 | |
| JP7319276B2 (ja) | ３次元プリントの方法、および結果として得られる多孔質構造の物品 | |
| CN113878113A (zh) | 一种陶瓷-不锈钢复合材料及其制备方法 | |
| EP3541552A1 (de) | Verfahren zur herstellung eines porösen formkörpers sowie poröser formkörper | |
| TWI810116B (zh) | 注射模製多孔燒結本體 | |
| EP2038342B1 (fr) | Procede de fabrication d'un melange-maitre pour moulage par injection ou par extrusion | |
| KR100889256B1 (ko) | 코어 쉘 구조로 이루어진 레이저 소결용 메탈 고분자복합분말 및 이의 제조방법 | |
| JP2014518192A (ja) | Ｐｉｍによる着色セラミック部品の製造方法 | |
| CN113547118A (zh) | 一种粘结剂增容的金属粉末喂料混合方法 | |
| DE4407760C2 (de) | Thermoplastische Formmassen sowie deren Verwendung | |
| DE10149793B4 (de) | Verfahren zur Herstellung von Sinterkörpern aus einer plastischen Formmasse enthaltend Pulver, Wachs und Lösungsmittel | |
| RU2701228C1 (ru) | Термопластичный гранулированный материал (фидсток) и способ его изготовления | |
| Toropkov et al. | Feedstock investigation based on SAE 316L steel bimodal powders and PLA/PMMA for injection molding: An experimental study | |
| JP3839626B2 (ja) | 樹脂を含有するワックス球状顆粒とその製造方法、及びセラミック成形体とその製造方法 | |
| KR20220071955A (ko) | 압출 방식의 3차원 프린팅 공정용 피드스톡, 그 제조 방법, 및 이를 이용한 3차원 프린팅 공정 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200310 Effective date: 20211119 |