[發明專利]一種鎳基復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201910794320.1
• 申請日: 2019-08-27
• 公開（公告）號: CN110340350A
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 劉丹;肖康立;張唯;向冬平
• 申請（專利權）人: 湖南伊澍智能制造有限公司
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;C22C19/03;C22C32/00;B22F9/04;B22F3/105;B22F3/24;C22F1/10;B33Y10/00;B33Y70/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 薛紅凡

本發明屬于3D打印用材料技術領域，具體涉及一種鎳基復合材料及其制備方法和應用。本發明提供了一種鎳基復合材料，由包括以下質量百分比含量的原料制備得到：稀土0.25～0.85％、陶瓷9.5～15.5％和余量的鎳粉；從化學組成上，所述稀土包括La、Nd或Y。本發明通過陶瓷在成形過程中產生原位反應，改善界面結構，提高材料的強韌性，并且有效提高粉末對電子束的吸收率，提高粉末的加工性能；通過添加稀土，保證了在應用于電子束加工過程中時陶瓷與基體之間有良好的潤濕性能，并且避免因熔點、熱膨脹系數和表面張力差異過大而導致在鎳基復合材料凝固過程中的開裂情況。

技術領域

本發明屬于3D打印用材料技術領域，具體涉及一種鎳基復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

3D打印技術，是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，采用分層加工、疊加成形的方式逐層增加材料來生成三維實體的技術，為“增材制造”(AM，Additive Manufacturing)技術。3D打印技術在制造過程中不需要復雜的成型工藝，不需要原胚和模具，亦不需要眾多的人力，從而簡化了產品的制造程序，縮短了產品的研制周期，提高了生產效率并降低了成本，使得產品制造更加智能化、精準化和高效化。

直接制造金屬零件以及部件，甚至是組裝好的功能性金屬制件產品，無疑是3D打印體系中最為前沿、最具有應用潛力的技術。目前金屬材料的3D打印體系主要有選區激光熔化和電子束選區熔化。隨著對高性能的合金材料的需求越來越強烈，特別是在航空航天、汽車、醫療等領域，對于金屬基復合材料的設計與制備正得到越來越多研究者的關注，傳統的鎳基合金雖然有耐高溫、強度較高、耐磨損性能良好以及熱膨脹系數小等特點，但仍無法滿足于日益提高的需求。

目前，針對3D打印用材料，通過加入稀土或陶瓷可顯著提高傳統的鎳基復合材料的力學性能，這其中常用的包括Al₂O₃、TiC、TaC或WC等。用于電子束增材制造的金屬材料包括了不銹鋼、工具鋼、鈦合金、Co-Cr-Mo合金或鋁合金等，但目前針對3D打印用鎳基硬質合金仍存在鎳合合金在電子束增材過程中工藝性能與力學性能不匹配、稀土相或陶瓷相與基材相之間潤濕性較差的問題，同時它們之間的熱膨脹系數差異也往往較大，導致在成形過程中形成的液相不能均勻鋪展，同時在隨后的凝固過程中產生較大的收縮應力而出現裂紋，合金材料界面結合性和力學性能無法得到提高。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種3D打印用鎳基復合材料，提高了鎳基復合材料在應用過程中的工藝性能與力學性能匹配程度，引入稀土相和陶瓷相，增強了稀土相和陶瓷相與基材相之間潤濕性，進而提高了材料界面結合性和力學性能；本發明還提供了一種3D打印用鎳基復合材料的制備方法和應用。

為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案：

本發明提供了一種鎳基復合材料，由包括以下質量百分比含量的原料制備得到：

稀土0.25～0.85％、陶瓷9.5～15.5％和余量的鎳粉；

從化學組成上，所述稀土包括La、Nd或Y。

優選的，從化學組成上，所述陶瓷包括WC、TiC和TaC中的一種或多種。

優選的，所述鎳基復合材料為球形粉；所述球形粉的費氏粒度為45～100μm。

本發明還提供了上述技術方案所述鎳基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

將稀土、陶瓷和鎳粉混合，依次進行球磨和等離子球化處理，得到鎳基復合材料。

優選的，所述稀土、陶瓷和鎳粉的粒徑獨立地為1～10μm。

優選的，所述球磨的球磨介質為無水乙醇；所述球磨中稀土、陶瓷和鎳粉的質量之和與無水乙醇的質量比為(2～5)：1；所述球磨的時間為32～36h。