[發明專利]一種3D打印高強高導熱鐵基模具材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202310126240.5
• 申請日: 2023-02-16
• 公開（公告）號: CN116288049A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 李相偉;張友昭;鐘玉梅;羅灝;張書彥
• 申請（專利權）人: 東莞材料基因高等理工研究院
• 主分類號: C22C38/42
• 分類號: C22C38/42;C22C38/46;C22C38/44;C22C33/02;C21D1/18;B22F9/08;B22F10/28;B33Y70/00;B33Y10/00;B33Y80/00
• 代理公司: 廣州市越秀區哲力專利商標事務所(普通合伙) 44288
• 代理人: 駱志豪

本發明公開了適用于3D打印隨形冷卻模具使用的高強高導熱鐵基模具鋼材料，包括如下按重量百分含量計的成分：C?0.1％～0.28％；Cr?0.3％～1％；Mo1.0％～5.0％；Cu?0％～1％；Ni?0％～1％；V?0％～0.35％；Fe余量。所述打印模具鋼熱處理后硬度43?52HRC，導熱率40?50W/mk；所述打印模具鋼隨形冷卻模具成型尺寸100mm以上無裂紋。

技術領域

本發明屬于3D打印技術領域，涉及一種3D打印高強高導熱鐵基模具材料增材制造高導熱模具鋼材料及其制備方法和應用。

背景技術

金屬3D打印，以數字化的3D數字模型為基礎，采用激光為熱源通過逐層增加材料的方式，實現三維復雜零件的近凈成形。3D打印技術(SLM)完全顛覆了原有制造業的設計方式，具有一體化高效成形復雜結構、晶粒組織細小和力學性能優良等顯著優勢，在工業隨形冷卻水道模具等領域獲得廣泛應用。

目前3D打印注塑模具鋼材料主要為MS1(18Ni300)和CX等。雖然現有3D打印模具鋼材料的硬度滿足模具使用要求，但其熱導率都較低，一般不超過～20W/m·K。盡管采用了隨形冷卻水路，但材料的熱導率限制了模具冷卻效率的進一步提升，難以滿足注塑模具對高導熱的需求。另外西班牙ROVALMA公司開發出了HTCS系列高導熱模具鋼，其最高導熱率能達到62W/m·K，主要用作壓鑄模具和注塑模具，但HTCS系列模具鋼碳含量較高(0.31％以上)，焊接性能差，3D打印模具過程非常容易出現裂紋等缺陷，極大限制了在3D打印隨形冷卻模具的應用。同樣無錫朗賢輕量化科技股份有限公司開發的高導熱壓鑄模具材料，其碳含量高于0.3％，適合用于修復層不高于10mm壓鑄模具修復，也難以滿足3D打印隨形冷卻模具實用要求。另外安徽哈特三維科技有限公司開發出一種適合增材制造的高導熱模具鋼粉末，但其碳含量不足0.1％，硬度值較低，不能滿足高端模具使用要求。

因此，為突破現有模具材料在熱導率、硬度和3D打印成型性能等方面難以同步提升的限制，開發一種與現有MS1、CX塑料模具鋼等3D打印粉末材料相比導熱率大幅提高，而且硬度、成本等均與現有產品相當，并且適合3D打印的一種新型模具鋼材材料。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的目的之一在于提供一種3D打印高強高導熱鐵基模具材料，形成的合金具有優異的導熱系數，同時具有良好的硬度和3D打印工藝性能，降低注塑周期，提高生產效率，改善產品品質，滿足消費電子、醫療和汽車等模具的使用要求。

本發明的目的之二在于提供一種3D打印高強高導熱鐵基模具材料的制備方法。

本發明的目的之三在于提供一種3D打印高強高導熱鐵基模具材料在制作隨形冷卻模具的應用，應用于如電子煙、電動牙刷、體外檢測IVD管和TWS藍牙耳機等零件。

本發明的目的之一采用如下技術方案實現：

一種3D打印高強高導熱鐵基模具鋼材料，包括如下按重量百分含量計的成分：

C?0.1％～0.28％；Cr?0.3％～1％；Mo?1.0％～5.0％；Cu?0％～1％；Ni?0％～1％；V0％～0.35％；Fe余量。

進一步地，該3D打印高強高導熱鐵基模具鋼材料包括如下按重量百分含量計的成分：

C?0.15％～0.25％；Cr?0.3％～0.8％；Mo?3.0％～5.0％；Cu?0％～0.5％；Ni?0％～1％；Si?0.015％-0.5％；V?0.1％～0.2％；Fe余量。

本發明的目的之二采用如下技術方案實現：

一種3D打印高強高導熱鐵基模具材料的制備方法，用于制備所述的一種3D打印高強高導熱鐵基模具材料，包括如下制備步驟：

S1：將配方量的原料進行熔煉，然后高溫澆注，澆注后獲得母合金；