[發明專利]一種3D凝膠打印制備鋼結硬質合金的方法

在審

• 申請號: 201810509081.6
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108705086A
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發明（設計）人: 林濤;袁佳昀;李飛宏;邵慧萍;李文媛;何新波
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B22F3/22
• 分類號: B22F3/22;B22F1/00;B33Y10/00;B33Y70/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種3D凝膠打印制備鋼結硬質合金的方法，屬于增材制造領域。將碳化鈦等硬質相粉末和作為粘結相的鐵基合金粉末用酒精球磨混合均勻并干燥過篩。再將混合粉末混入偶聯劑以提高料漿穩定性。再將粉末與有機單體和溶劑以及分散劑制成的預混液混合均勻得到打印料漿。制備的打印料漿具有分散穩定、不易沉降、不易團聚、固相體積含量較高等特點。通過調節噴嘴直徑、打印層高、擠出速度、打印速度等打印參數，采用3D凝膠打印機實現逐層打印固化獲得打印坯體。將打印坯體經過干燥、脫脂、高溫燒結得到鋼結硬質合金制品。本發明方法能夠制備形狀復雜、尺寸精度高、組織均勻、力學性能好的鋼結硬質合金制品。原料粉末容易獲得，適應材料范圍廣，生產效率高，制造成本低。

技術領域

本發明涉及一種3D凝膠打印制備鋼結硬質合金的方法，屬于增材制造領域。

背景技術

三維快速成型打印(three dimensional print)簡稱3D打印，又被稱作增材制造。3D打印技術是與傳統的加工方法完全不同，基于三維模型技術，通過層層累計加工最終得到制品的技術。3D打印技術涉及CAD建模、機械、激光和材料等多個學科，借助于三維模型數據，采用自下而上的逐層堆積方式成型可制造任何結構復雜的部件。3D凝膠打印成型技術綜合3D直寫打印和凝膠注模方法，用配置好的料漿在計算機控制下，進行逐層打印固化來成形零件坯體。其打印“墨水”由具有剪切變稀特點、高固相體積分數的漿料所組成，打印機將料漿噴射到打印平臺上，同時以一定的方式引發料漿中有機單體在極短時間內發生自由基聚合反應，形成的三維網狀結構高分子有機物將顆粒進行原位包覆，料漿迅速固化成形，料漿經一層層打印固化成形后，形成零件坯體，生坯經脫脂和燒結后，最終得到致密零件。

鋼結硬質合金是上個世紀五六十年代出現的一種工程材料，鋼結硬質合金是以鋼為粘結相、以難熔金屬碳化物、氮化物和碳氮化物等作為硬質相的復合材料。鋼結硬質合金中含有大量鋼基體，因此具有可熱處理性和可加工性。同時這類材料與工業中采用的各種耐磨材料相比具有最低的摩擦系數。因此，它的出現填補了高速鋼和硬質合金之間的空白。

鋼結硬質合金具有廣泛的工藝特性，良好的物理機械綜合特性，優異的化學穩定性。這些優異的性能特點使鋼結硬質合金的應用范圍也日益增大，如塑料工業應用的閘門襯套、控制塑料流動噴嘴、下刀刃、沖頭和模具；罐頭工業用的壓印模、刻痕刀、蝸形模、沖頭和壓邊工具等，鋼結硬質合金尤其適合于制作要求鏡面光、表面無劃痕的高溫熱擠壓和拉伸模具。

鋼結硬質合金通常采用粉末冶金方法制備，粉末冶金技術通過制粉、成形、燒結得到性能優異的金屬制品，使其避免了鑄造過程中產生的缺陷和成分偏析，而且它可以實現近凈成形，通過提高原料利用率，減少后期機加工的需要，從而降低能源和人力的消耗。但是不管采用壓制成形或是注射成形等其他成形方法，對于制備大件，異形件和其他復雜制品，常規粉末冶金方法都難以勝任。近年來發展起來的凝膠注模方法，同樣受到模具的限制，鋼結硬質合金的制備亟待研發新技術。因此采用此種3D凝膠打印技術可以實現鋼結硬質合金的3D打印成形，并且提高其力學性能，節約成本。

發明內容

本發明的目的在于提供一種無模低成本、近凈成形制造形狀復雜、尺寸精度高的鋼結硬質合金制品的方法，從而得到力學性能優異的復雜形狀鋼結硬質合金制品。