[發(fā)明專利]一種粘結(jié)劑噴射3D打印制備WC-Co硬質(zhì)合金的方法

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• 申請日: 2022-04-18
• 公開（公告）號: CN115026301A
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅來馬;湯俊宇;吳玉程;昝祥
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B22F10/16
• 分類號: B22F10/16;B22F10/64;B33Y70/10;B33Y10/00;B33Y40/20;B22F3/10;B22F3/15;C22C1/05;C22C29/08
• 代理公司: 合肥信誠兆佳知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 34159
• 代理人: 鄧勇

本發(fā)明涉及WC?Co硬質(zhì)合金制備技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種粘結(jié)劑噴射3D打印制備WC?Co硬質(zhì)合金的方法，包括如下步驟：步驟1：打印制得WC生坯、固化并計算WC生坯密度。步驟2：打印制得Co生坯、固化并計算生坯密度；步驟3：對WC生坯、Co生坯進行疊加，并進行脫脂、燒結(jié)+HIP，得到WC?Co硬質(zhì)合金。本發(fā)明采用分層設(shè)計取代了將Co塊放置在頂部或底部進行熔滲的方法，將Co平均分配，保證每層WC之間至少隔著一層Co，使Co熔體在WC的整個平面上均勻分布，最大限度的減少Co向周圍WC滲透的時間，同時上下層WC“生坯”中適量的Co不會造成WC生坯的坍塌變形。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及WC-Co硬質(zhì)合金制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種粘結(jié)劑噴射3D打印制備WC-Co硬質(zhì)合金的方法。

背景技術(shù)

硬質(zhì)合金是由如Fe，Co，Ni等金屬粘結(jié)相和如WC，TaC，VC等金屬碳化物組成。由硬質(zhì)化合物WC和韌性粘結(jié)劑Co組成WC-Co系硬質(zhì)合金占合金系統(tǒng)的一半以上。其優(yōu)異的硬度、韌性、強度、抗磨損性能的結(jié)合，使WC-Co成為制造各種耐磨部件的首選材料。對與傳統(tǒng)粉末冶金方法而言，從模具制作到機械加工，制備具有復(fù)雜形狀的WC-Co硬質(zhì)合金部件是非常繁瑣和昂貴的。然而，Additive Manufacting技術(shù)為這一系列復(fù)雜流程提供了一種顛覆性的方案。AM通過添加材料來生產(chǎn)零部件，無需模具成本直接成型，使得幾何自由度和生產(chǎn)量大幅度提高。適用于金屬的AM技術(shù)包括SLS，SLM，SEBM等，相比較這些與能量直接結(jié)合產(chǎn)生復(fù)雜冶金過程的AM技術(shù)，粘結(jié)劑噴射3D打印(BJ3DP)在低溫下成型，采用粘結(jié)劑噴頭選擇性的噴出聚合物粘結(jié)劑，將粉末和粉末層粘結(jié)在一起，經(jīng)過固化后形成“生坯”，隨后可采用多種方式進行燒結(jié)。這種冷成型AM技術(shù)制備的WC-Co硬質(zhì)合金避免了高能激光引起過熱從而產(chǎn)生熱裂紋，高溫翹曲等缺陷。

目前，已有研究人員通過BJ3DP制備了WC-12％Co復(fù)合粉末生坯，經(jīng)燒結(jié)和熱等靜壓后得到了與SANDVIK公司制備的中等晶粒WC-12％Co合金相似的性能，但產(chǎn)品的收縮沒有得到控制，達到了接近25％。與直接打印和燒結(jié)合金生坯相比，采用Co熔體滲透WC骨架來代替燒結(jié)的方式制備了WC-Co硬質(zhì)合金，Co熔化后填補了粉末顆粒間的空隙，顯著減小了硬質(zhì)合金的收縮。但是這種方法需要預(yù)先燒結(jié)WC骨架，否則Co滲透過程中會導(dǎo)致生坯的垮塌，使得部件很難保持原有的形狀。長時間的預(yù)燒結(jié)將帶來WC顆粒的長大，并且會生成燒結(jié)頸或閉孔，使得熔體不均勻地滲透。Co的放置位于WC骨架的頂部或底部，在高度方向上會導(dǎo)致成分分布的不均勻現(xiàn)象，頂部與底部這些長時間浸潤在大量Co熔體中的區(qū)域，相較于其他區(qū)域也更容易產(chǎn)生變形。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種粘結(jié)劑噴射3D打印制備WC-Co硬質(zhì)合金的方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案

一種粘結(jié)劑噴射3D打印制備WC-Co硬質(zhì)合金的方法，包括如下步驟：

步驟1：打印制得WC生坯、固化并計算WC生坯密度。

在所述步驟1中，將WC粉體加入到3D打印機的料斗中打印，所述WC粉體的松裝密度為7.5-10.5g/cm3，打印參數(shù)分別為粘結(jié)劑飽和度為50％-80％，層厚為60μm-100μm，粉末床溫度為45℃-60℃，干燥時間為7-14s，WC生坯的長度范圍設(shè)定為10-15mm，寬度設(shè)置為10-15mm，高度為2-5mm，打印完成后得到的WC生坯進行固化，打印完成的WC生坯在180℃-220℃的環(huán)境下進行固化，固化時間為3h-5h，去除粘結(jié)劑中的水分，測得WC生坯平均質(zhì)量為在4-12g，可根據(jù)質(zhì)量除以體積算出WC生坯的致密度范圍為60％-75％(理論密度15.6g/cm³)。

步驟2：打印制得Co生坯、固化并計算Co生坯密度。