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稀土增强的激光增材制造用FeMnSi微纳粉芯丝材及其制备方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2018-05-21
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2018-11-20
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2019-12-03
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2038-05-21
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201810487112.2 申请日 2018-05-21
公开/公告号 CN108705076B 公开/公告日 2019-12-03
授权日 2019-12-03 预估到期日 2038-05-21
申请年 2018年 公开/公告年 2019年
缴费截止日
分类号 B22F1/00B33Y70/00B22F3/105 主分类号 B22F1/00
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 6
权利要求数量 7 非专利引证数量 0
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 被引证专利
专利权维持 4 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 江苏大学 当前专利权人 江苏大学
发明人 王宏宇、丁扬、朱长顺、陈特、孙永毅 第一发明人 王宏宇
地址 江苏省镇江市学府路301号 邮编 212013
申请人数量 1 发明人数量 5
申请人所在省 江苏省 申请人所在市 江苏省镇江市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
南京天华专利代理有限责任公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
瞿网兰
摘要
一种稀土增强的激光增材制造用FeMnSi微纳粉芯丝材及其制备方法,其特征是该粉芯丝材由质量占整个粉芯丝材28%~36%的且成分为锰和硅的微米粉与质量占整个粉芯丝材2%~4%的稀土纳米粉构成的稀土增强微纳粉芯和质量占整个粉芯丝材60%~70%的铁皮组成,各组分之和为100%,其制备方法主要包括微纳粉制备、外皮成形及填粉、合口与拉拔成丝。采用本发明所述的FeMnSi微纳粉芯丝材作为激光增材制造用材,具有形状记忆功能损失小、成形精度高等特点,而且避免了目前以粉末作为增材制造材料存在的粉末利用率低等问题,同时也解决了以实心丝材作为增材制造用材所需激光能量较高更易引起功能损失等问题。
  • 摘要附图
    稀土增强的激光增材制造用FeMnSi微纳粉芯丝材及其制备方法
  • 说明书附图:图1
    稀土增强的激光增材制造用FeMnSi微纳粉芯丝材及其制备方法
  • 说明书附图:图2
    稀土增强的激光增材制造用FeMnSi微纳粉芯丝材及其制备方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2019-12-03 授权
2 2018-11-20 实质审查的生效 IPC(主分类): B22F 1/00 专利申请号: 201810487112.2 申请日: 2018.05.21
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种稀土增强的激光增材制造用FeMnSi微纳粉芯丝材,其特征是其由稀土增强微纳粉芯和包裹用铁皮组成,所述的稀土增强微纳粉芯由微米粉和稀土纳米粉组成,所述的微米粉由锰和硅组成,它的质量占整个微纳粉芯丝材的28% 36%,所述的稀土纳米粉的质量占~
整个微纳粉芯丝材的2% 4%,铁皮的质量占整个微纳粉芯丝材的60% 70%,各组分之和为~ ~
100%;所述稀土增强微纳粉芯是以微米粉为核、纳米粉为壳的核壳结构微纳复合粉。

2.根据权利要求1所述的FeMnSi微纳粉芯丝材,其特征是所述微米粉中锰的质量分数为86%-97%、硅的质量分数为3%-14%,并按照配比直接混合后进行机械合金化制成。

3.根据权利要求1所述的FeMnSi微纳粉芯丝材,其特征是所述纳米稀土粉含有La,Ce,Pr,Nd中的一种或几种混合,且其为单质或化合物。

4.根据权利要求1所述的FeMnSi微纳粉芯丝材,其特征是所述锰和硅的微米粉的粒径为50 75μm。
~

5.根据权利要求1所述的FeMnSi微纳粉芯丝材,其特征是所述稀土纳米粉的粒径为30~
80nm。

6.一种权利要求1所述的FeMnSi微纳粉芯丝材的制备方法,其特征是其包括如下步骤:
(1)将按所需配比称量好的微米粉和稀土纳米粉制成微纳粉;所述微纳粉是以微米粉为核、纳米粉为壳的核壳结构的微纳复合粉;
(2)将裁剪好的纯铁带轧制成U型,再向U型槽中加入步骤(1)制备的微纳粉;
(3)将U型槽合口,使微纳粉包裹在其中;
(4)通过丝材拉拔装置,将微纳粉芯丝材拉成直径为0.5 2mm的成品。
~

7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征是所述稀土纳米粉先制成稀土纳米悬浮液后再与微米粉混合。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于激光增材制造技术领域,涉及一种激光增材制造用材料及其制备方法,具体地说是一种稀土增强的激光增材制造用FeMnSi微纳粉芯丝材及其制备方法。

背景技术

[0002] 激光增材制造技术,是指以激光作为能量源且基于离散-堆积原理并由零件三维数据驱动直接制造零件的一种先进制造技术。然而,激光增材制造用材料的研发目前尚处于初级阶段,能够使用的材料种类相对较少,极大地限制了这一先进制造技术的广泛应用。
[0003] Fe基形状记忆合金相较于Ni-Ti、Cu基形状记忆合金开发较晚,但因其成本低、加工性能好、力学性能高等优点已得到广泛应用,其中Fe-Mn-Si系合金是Fe基形状记忆合金的典型代表。如果能够将FeMnSi合金应用到激光增材制造技术领域,可更好地解决一些传统制造技术不易实现的难题。然而,无论是将FeMnSi合金以单质粉体直接混合或是混合后进行机械合金化,还是将FeMnSi合金粉碎制成合金粉,乃至于将FeMnSi合金拉拔制成合金丝,在激光增材制造过程中由于激光能量密度极高,其中的低沸点元素如FeMnSi合金中的Mn等都极易烧损;同时,激光增材制造过程中不可避免地存在着堆积后一层材料势必会部分重熔前一层材料的具体现实,造成重熔结晶的FeMnSi合金晶粒粗大等问题,也会增大形状记忆功能损失。综上可见,FeMnSi合金激光增材制造过程中,如何降低其形状记忆功能损失是需要面对的核心关键问题。
[0004] 粉芯丝材是一种用金属带材包裹填充粉末并拉拔成一定直径的可用于激光增材制造的新型材料,其不仅避免了使用粉材激光增材制造时所存在的材料利用率低等缺点,也避免了使用实心丝材激光增材制造时所需激光能量较高等不足,而且通过优化其中粉芯的成分及结构等还可以对激光增材制造制件的形性进行调控,是一类极具发展潜力和前景的激光增材制造用材。如果以FeMnSi合金中的高沸点Fe作为外皮、Mn和Si作为粉芯制成FeMnSi粉芯丝材,借助高沸点Fe皮的保护作用可望解决其中低沸点元素的烧损问题;若进一步在其中引入可强化母材、降低层错能等增强形状记忆功能的措施如在粉芯中添加纳米颗粒等,则可望突破FeMnSi合金激光增材制造过程中形状记忆功能损失大等难题。纳米稀土颗粒,就是一种具有这样功能的改性粉体。如果在粉芯中添加少量纳米稀土颗粒,不仅可以发挥纳米材料的纳米效应,而且还可发挥稀土元素净化熔池、钉扎强化等作用,进而可望获得一种功能低损型FeMnSi合金的激光增材制造用新型材料。
[0005] 然而,据申请人所知,目前尚未有一种稀土增强的激光增材制造用Fe-Mn-Si微纳粉芯丝材及其制备方法可供使用。

发明内容

[0006] 本发明的目的是针对FeMnSi合金激光增材制造过程中易产生较为严重的形状记忆功能损失的问题,发明一种稀土增强的激光增材制造用FeMnSi微纳粉芯丝材及其制备方法。
[0007] 本发明的技术方案之一是:
[0008] 一种硼化硅增强的激光增材制造用FeMnSi微纳粉芯丝材,其特征是它由稀土增强微纳粉芯和包裹用铁皮组成,所述的稀土增强微纳粉芯由微米粉和稀土纳米粉组成,所述的微米粉由锰和硅组成,它的质量占整个微纳粉芯丝材的28% 36%,所述的稀土纳米粉的质~量占整个微纳粉芯丝材的2% 4%,铁皮的质量占整个微纳粉芯丝材的60% 70%,各组分之和~ ~
为100%。
[0009] 所述微米粉中锰的质量分数为86%-97%、硅的质量分数为3%-14%,并按照配比直接混合后进行机械合金化制成。
[0010] 所述稀土纳米粉为La,Ce,Pr,Nd中的一种或几种混合,且其既可以是单质也可以是化合物如氧化物。
[0011] 所述锰和硅的微米粉的粒径为50 75μm。~
[0012] 所述稀土纳米粉的粒径为30 80nm。~
[0013] 所述稀土增强微纳粉芯是以微米粉为核、纳米粉为壳的核壳结构微纳复合粉。
[0014] 本发明的技术方案之二是:
[0015] 一种稀土增强的激光增材制造用FeMnSi微纳粉芯丝材的制备方法,其特征是它包括如下步骤:
[0016] (1)将按所需配比称量好的微米粉和稀土纳米粉制成微纳粉;
[0017] (2)将裁剪好的纯铁带轧制成U型,再向U型槽中加入步骤(1)制备的微纳粉;
[0018] (3)将U型槽合口,使微纳粉包裹在其中;
[0019] (4)通过丝材拉拔装置,将微纳粉芯丝材拉成直径为0.5 2mm的成品。~
[0020] 所述稀土纳米粉先制成稀土纳米悬浮液后再与微米粉混合。
[0021] 所述微纳粉是以微米粉为核、纳米粉为壳的核壳结构的微纳复合粉。
[0022] 本发明的有益效果:
[0023] (1)本发明创造性地将粉芯丝材应用到激光增材制造领域,避免了目前以粉末作为增材制造材料存在的粉末利用率低等问题,同时也解决了以实心丝材作为增材制造用材所需激光能量较高更易引起功能损失等问题,尤其是以微纳粉作为粉芯使得通过优化其中的纳米组分即可实现激光增材制造件的形性调控。
[0024] (2)本发明所述稀土增强的激光增材制造用FeMnSi微纳粉芯丝材及制备方法,以FeMnSi记忆合金中高沸点Fe作为外皮,借助高沸点Fe皮的保护作用,较好地降低了在激光增材制造过程中其中低沸点元素的烧损,从而抑制了FeMnSi合金激光增材制造过程的功能损失。
[0025] (3)本发明所述稀土增强的激光增材制造用FeMnSi微纳粉芯丝材及制备方法,不仅可以发挥其中纳米稀土组分的纳米效应,而且还可以发挥稀土净化熔池、钉扎强化等作用,增强了激光增材制造FeMnSi合金的形状记忆功能。

实施方案

[0028] 下面结合附图和具体实例对本发明做进一步说明。
[0029] 如图1 2所示。~
[0030] 一种稀土增强的激光增材制造用FeMnSi微纳粉芯丝材,该粉芯丝材由质量占整个粉芯丝材28% 36%的且成分为锰和硅的微米粉与质量占整个粉芯丝材2% 4%的稀土纳米粉~ ~构成的稀土增强微纳粉芯和质量占整个粉芯丝材60% 70%的铁皮组成,各组分之和为100%。
~
所述锰和硅的微米粉中锰的质量分数为86%-97%、硅的质量分数为3%-14%,可以按照配比直接混合后进行机械合金化制成。所述稀土纳米粉含有La,Ce,Pr,Nd中的一种或几种混合,且其既可以是单质也可以是化合物如氧化物。所述锰和硅的微米粉的粒径为50 75μm。所述稀~
土纳米粉的粒径为30 80nm。所述微纳粉芯最好是以微米粉为核、纳米粉为壳的核壳结构微~
纳复合粉。所述稀土增强的激光增材制造用FeMnSi微纳粉芯丝材的制备方法如图2所示,它主要包括如下步骤:(1)将按所需配比称量好的微米粉和稀土纳米粉制成微纳粉;(2)将裁剪好的纯铁带轧制成U型,再向U型槽中加入步骤1制备的微纳粉;(3)将U型槽合口,使微纳粉包裹在其中;(4)通过丝材拉拔装置,将微纳粉芯丝材拉成直径为0.5 2mm的成品。所述稀~
土纳米粉最好制成稀土纳米悬浮液后再与微米粉混合。
[0031] 实例一。
[0032] 本实施例以制备1000g硼化硅增强的激光增材制造用FeMnSi微纳粉芯丝材为例,按所需配比通过机械合金化制备粒径为50-75微米的300g锰硅合金粉(其中锰270克,硅30克),再将30g纳米氧化铈粉(粒径为30nm)在体积比为1:1的醇水混合溶液中进行分散制备纳米悬浮液,将两者一起放入球磨机中球磨复合获得如图1所示的以微米粉为核、纳米粉为壳的核壳结构的微纳复合粉330g。选用宽度10mm,厚度0.5mm的纯铁带670g,先将其轧成U形,将前述微纳粉加入到U型槽中然后合口,并且通过拉拔装置将其拉成直径为1.5mm的成品粉芯丝材。
[0033] 在相同激光工艺条件下,分别采用成分相同的FeMnSi合金粉、FeMnSi实心丝材、本发明所述FeMnSi微纳粉芯丝材,制备4mm×4mm×12mm的棒材,在相同冷却-形变-加热循环实验条件下它们的形状记忆性能如表1所示。
[0034] 表1 实例中所述分别采用三种材料获得试件的形状记忆性能
[0035]所采用的材料 平均晶粒大小(mm) Mn元素含量 100次循环后形状回复率FeMnSi合金粉 0.31 19.82% 48%
FeMnSi实心丝材 0.45 21.13% 42%
FeMnSi粉芯丝材 0.16 23.97% 59%
[0036] 实例二。
[0037] 本实施例以制备1000g硼化硅增强的激光增材制造用FeMnSi微纳粉芯丝材为例,按所需配比通过机械合金化制备粒径为50-75微米的280g锰硅合金粉(其中锰240.8克,硅39.2克),再将40g纳米氧化La粉(粒径为50nm)在体积比为1:1的醇水混合溶液中进行分散制备纳米悬浮液,将两者一起放入球磨机中球磨复合获得如图1所示的以微米粉为核、纳米粉为壳的核壳结构的微纳复合粉320g。选用宽度10mm,厚度0.5mm的纯铁带680g,先将其轧成U形,将前述微纳粉加入到U型槽中然后合口,并且通过拉拔装置将其拉成直径为0.5mm的成品粉芯丝材。
[0038] 在相同激光工艺条件下,分别采用成分相同的FeMnSi合金粉、FeMnSi实心丝材、本发明所述FeMnSi微纳粉芯丝材,制备4mm×4mm×12mm的棒材,在相同冷却-形变-加热循环实验条件下它们的形状记忆性能如表1相似。
[0039] 实例三。
[0040] 本实施例以制备1000g硼化硅增强的激光增材制造用FeMnSi微纳粉芯丝材为例,按所需配比通过机械合金化制备粒径为50-75微米的360g锰硅合金粉(其中锰349.2克,硅10.8克),再将20g纳米氧化Ce粉(也可为Pr或Nd)(粒径为80nm)在体积比为1:1的醇水混合溶液中进行分散制备纳米悬浮液,将两者一起放入球磨机中球磨复合获得如图1所示的以微米粉为核、纳米粉为壳的核壳结构的微纳复合粉380g。选用宽度10mm,厚度0.5mm的纯铁带620g,先将其轧成U形,将前述微纳粉加入到U型槽中然后合口,并且通过拉拔装置将其拉成直径为2mm的成品粉芯丝材。
[0041] 在相同激光工艺条件下,分别采用成分相同的FeMnSi合金粉、FeMnSi实心丝材、本发明所述FeMnSi微纳粉芯丝材,制备4mm×4mm×12mm的棒材,在相同冷却-形变-加热循环实验条件下它们的形状记忆性能如表1相似。
[0042] 本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

附图说明

[0026] 图1是本发明所述微纳粉芯丝材的横截面示意图;
[0027] 图2是本发明所述微纳粉芯丝材制备工艺流程图。
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