一种纯钨栅格及其制备方法和应用

1.本发明涉及难熔金属材料制造技术领域，具体涉及一种纯钨栅格及其制备方法和应用。


背景技术：

2.钨是一种难熔的硬质金属材料，具有较高的密度、耐腐蚀性、导热性和高温强度，常用于制备能够在极端环境中稳定工作的零件，广泛应用在航空航天、电子、化工、核工业等领域。此外，由于钨及其合金具有优异的辐射吸收能力，ct扫描仪等医疗设备中常使用纯钨栅格吸收散射的x射线，用以提高成像质量并减少辐射散射伤害。然而，钨作为一种高熔点的耐火金属材料，具有脆硬特性，铸造、粉末冶金等传统制造方法制备纯钨栅格不仅效率低，而且制备得到的纯钨栅格的壁面存在较多微观裂纹，形状位置精度低，质量有待提高，尚难以完全满足实际应用要求。
3.因此，开发生产效率高的纯钨栅格制备方法以及制备出高质量的纯钨栅格意义重大。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种纯钨栅格及其制备方法和应用。
5.本发明所采取的技术方案是：
6.一种纯钨栅格的制备方法包括以下步骤：
7.1)构建栅格模型并对栅格模型进行横向切片处理，再确定对应的激光选区熔化工艺参数；
8.2)采用钨粉通过激光选区熔化在基板上成形栅格；
9.3)将栅格从基板上切割下来，再通过电火花平面放电对栅格表面进行修整，再进行化学腐蚀和喷砂，即得纯钨栅格。
10.优选的，步骤1)所述横向切片处理的切片厚度为10μm～50μm。
11.优选的，步骤2)所述钨粉为球形粉末，d
10
粒径为8μm～12μm，d
90
粒径为20μm～30μm，纯度≥99.98％，比表面积为15m2/kg～25m2/kg。
12.优选的，步骤2)所述激光选区熔化采用的激光的功率为50w～150w，扫描速度为300mm/s～400mm/s。
13.优选的，步骤2)所述激光选区熔化在保护气氛中进行。
14.优选的，所述保护气氛为氮气气氛或氩气气氛。
15.优选的，步骤2)所述基板为45钢基板、tc4基板中的一种。
16.优选的，步骤3)所述电火花平面放电的单次放电深度为0.03mm～0.05mm。放电深度要适中，避免过熔而破坏栅格。
17.优选的，步骤3)所述化学腐蚀采用的处理液为双氧水-氢氧化钠混合溶液。
18.优选的，步骤3)所述化学腐蚀在超声振荡环境中进行，化学腐蚀的时间为5min～
10min。
19.优选的，步骤3)所述喷砂的喷砂压力≤2.5bar，砂的目数≥150目。
20.优选的，步骤3)所述喷砂采用的砂为白刚玉粉末、红刚玉粉末、玻璃砂中的一种。
21.一种纯钨栅格，其由上述制备方法制成。
22.一种ct扫描仪，其包含上述纯钨栅格。
23.本发明的有益效果是：本发明的纯钨栅格具有较高的平面度、薄壁位置精度、壁厚精度、熔道连续性和栅格光洁度，且其制备效率高，适合进行大规模推广应用。
24.具体来说：本发明基于金属增材制造技术，使用激光选区熔化将球形纯钨粉末成形为高过冷、小熔池叠加的纯钨薄壁栅格，再通过系列后处理工艺获得熔道连续、形状位置精度高、侧壁光洁的纯钨栅格，相较于传统的纯钨栅格制造工艺，不仅能够大幅提升生产效率和成品率，而且可以有效提升产品质量。
附图说明
25.图1为实施例1的步骤2)中的栅格的超景深显微镜图。
26.图2为实施例1中的纯钨栅格的超景深显微镜图。
具体实施方式
27.下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
28.实施例1：
29.一种纯钨栅格，其制备方法包括以下步骤：
30.1)采用三维建模软件solidworks构建栅格模型并导入切片软件voxel dance对栅格模型以30μm的层厚进行横向切片处理，再确定对应的激光选区熔化工艺参数；
31.2)将d
10
粒径为10μm、d
90
粒径为25μm、纯度≥99.98％、比表面积为20m2/kg的球形钨粉置于真空环境中150℃烘2h，再将钨粉加入激光选区熔化设备dimetal-100(华南理工大学自主研发；使用前先校准设备振镜的精度，将误差控制在
±
30μm以内)中，向成形腔体中充入纯度不低于99.999％的氩气作为保护气体使腔体中的氧含量降至100ppm以下，再采用功率为80w的激光以300mm/s的扫描速度进行激光选区熔化在tc4基板上成形栅格；
32.3)将放电钼丝对刀至栅格底部将栅格从基板上切割下来，再通过电火花平面放电对栅格表面进行修整，单次放电深度为0.05mm，再将栅格放入由质量分数3％的双氧水和质量分数5％的氢氧化钠溶液按照体积比4:1组成的混合溶液中振荡浸泡10min(去除油污，减少粘粉和毛刺，并催化附着在壁面上的球化颗粒)，再用清水进行清洗，再150℃烘2h，再采用250目的玻璃砂通过iepco peenatic 550喷砂设备对栅格进行环形喷砂(去除壁面上的粘粉、毛刺和球化颗粒)，喷砂压力为1bar，即得纯钨栅格。
33.性能测试：
34.本实施例的步骤2)中的栅格的超景深显微镜图如图1所示，最终得到的纯钨栅格的超景深显微镜图如图2所示。
35.由图1和图2可知：步骤2)中原始打印的栅格附近存在较多的粘粉和毛刺缺陷，而对其进行后处理后，上述附着类缺陷得到有效去除，且同时保存了栅格原有形貌；采用轮廓算术平均偏差ra的计算方法对栅格顶部的表面粗糙度进行测量和计算，发现栅格的ra值从
10μm～12μm(原始打印的栅格)降至5μm～6μm(最终得到的纯钨栅格)，平面度得到明显改善。
36.实施例2：
37.一种纯钨栅格，其制备方法包括以下步骤：
38.1)采用三维建模软件solidworks构建栅格模型并导入切片软件voxel dance对栅格模型以30μm的层厚进行横向切片处理，再确定对应的激光选区熔化工艺参数；
39.2)将d
10
粒径为10μm、d
90
粒径为25μm、纯度≥99.98％、比表面积为20m2/kg的球形钨粉置于真空环境中150℃烘2h，再将钨粉加入激光选区熔化设备dimetal-150e(广州雷佳增材科技有限公司；使用前先校准设备振镜的精度，将误差控制在
±
25μm以内)中，向成形腔体中充入纯度不低于99.999％的氩气作为保护气体使腔体中的氧含量降至100ppm以下，再采用功率为100w的激光以350mm/s的扫描速度进行激光选区熔化在45钢基板上成形栅格；
40.3)将放电钼丝对刀至栅格底部将栅格从基板上切割下来，再通过电火花平面放电对栅格表面进行修整，单次放电深度为0.05mm，再将栅格放入由质量分数3％的双氧水和质量分数5％的氢氧化钠溶液按照体积比6:1组成的混合溶液中振荡浸泡10min(去除油污，减少粘粉和毛刺，并催化附着在壁面上的球化颗粒)，再用清水进行清洗，再150℃烘2h，再采用220目的白刚玉粉末通过iepco peenatic 550喷砂设备对栅格进行环形喷砂(去除壁面上的粘粉、毛刺和球化颗粒)，喷砂压力为2bar，即得纯钨栅格。
41.经测试(测试方法同实施例1)，本实施例的步骤2)中原始打印的栅格附近存在较多的粘粉和毛刺缺陷，对其进行后处理后，上述附着类缺陷得到有效去除，且同时保存了栅格原有形貌；采用轮廓算术平均偏差ra的计算方法对栅格顶部的表面粗糙度进行测量和计算，发现栅格的ra值从12μm～14μm(原始打印的栅格)降至6μm～7μm(最终得到的纯钨栅格)，平面度得到明显改善。
42.实施例3：
43.一种纯钨栅格，其制备方法包括以下步骤：
44.1)采用三维建模软件solidworks构建栅格模型并导入切片软件voxel dance对栅格模型以30μm的层厚进行横向切片处理，再确定对应的激光选区熔化工艺参数；
45.2)将d
10
粒径为10μm、d
90
粒径为25μm、纯度≥99.98％、比表面积为20m2/kg的球形钨粉置于真空环境中150℃烘2h，再将钨粉加入激光选区熔化设备dimetal-280(广州雷佳增材科技有限公司；使用前先校准设备振镜的精度，将误差控制在
±
35μm以内)中，向成形腔体中充入纯度不低于99.999％的氮气作为保护气体使腔体中的氧含量降至100ppm以下，再采用功率为120w的激光以400mm/s的扫描速度进行激光选区熔化在45钢基板上成形栅格；
46.3)将放电钼丝对刀至栅格底部将栅格从基板上切割下来，再通过电火花平面放电对栅格表面进行修整，单次放电深度为0.05mm，再将栅格放入由质量分数3％的双氧水和质量分数5％的氢氧化钠溶液按照体积比6:1组成的混合溶液中振荡浸泡10min(去除油污，减少粘粉和毛刺，并催化附着在壁面上的球化颗粒)，再用清水进行清洗，再150℃烘2h，再采用150目的红刚玉粉末通过iepco peenatic 550喷砂设备对栅格进行环形喷砂(去除壁面上的粘粉、毛刺和球化颗粒)，喷砂压力为1.5bar，即得纯钨栅格。
47.经测试(测试方法同实施例1)，本实施例的步骤2)中原始打印的栅格附近存在较多的粘粉和毛刺缺陷，对其进行后处理后，上述附着类缺陷得到有效去除，且同时保存了栅
格原有形貌；采用轮廓算术平均偏差ra的计算方法对栅格顶部的表面粗糙度进行测量和计算，发现栅格的ra值从9μm～12μm(原始打印的栅格)降至4μm～5μm(最终得到的纯钨栅格)，平面度得到明显改善。
48.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种纯钨栅格的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建栅格模型并对栅格模型进行横向切片处理，再确定对应的激光选区熔化工艺参数；2)采用钨粉通过激光选区熔化在基板上成形栅格；3)将栅格从基板上切割下来，再通过电火花平面放电对栅格表面进行修整，再进行化学腐蚀和喷砂，即得纯钨栅格。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述横向切片处理的切片厚度为10μm～50μm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2)所述钨粉为球形粉末，d
10
粒径为8μm～12μm，d
90
粒径为20μm～30μm，纯度≥99.98％，比表面积为15m2/kg～25m2/kg。4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于：步骤2)所述激光选区熔化采用的激光的功率为50w～150w，扫描速度为300mm/s～400mm/s。5.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于：步骤2)所述激光选区熔化在保护气氛中进行；步骤2)所述基板为45钢基板、tc4基板中的一种。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤3)所述电火花平面放电的单次放电深度为0.03mm～0.05mm。7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于：步骤3)所述化学腐蚀在超声振荡环境中进行，化学腐蚀的时间为5min～10min。8.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于：步骤3)所述喷砂的喷砂压力≤2.5bar，砂的目数≥150目。9.一种纯钨栅格，其特征在于，由权利要求1～8中任意一项所述的制备方法制成。10.一种ct扫描仪，其特征在于，包含权利要求9所述的纯钨栅格。

技术总结
本发明公开了一种纯钨栅格及其制备方法和应用。本发明的纯钨栅格的制备方法包括以下步骤：1)构建栅格模型并对栅格模型进行横向切片处理，再确定对应的激光选区熔化工艺参数；2)采用钨粉通过激光选区熔化在基板上成形栅格；3)将栅格从基板上切割下来，再通过电火花平面放电对栅格表面进行修整，再进行化学腐蚀和喷砂，即得纯钨栅格。本发明的纯钨栅格具有较高的平面度、薄壁位置精度、壁厚精度、熔道连续性和栅格光洁度，且其制备效率高，适合进行大规模推广应用。大规模推广应用。大规模推广应用。


技术研发人员：王迪 蒋梦龙 韩昌骏 杨永强
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/8/24