[發(fā)明專利]一種硬質(zhì)合金及其增材制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310192309.4
• 申請(qǐng)日: 2023-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN116408456A
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王小鋒;時(shí)凱華;劉展赫;葉安梁;什洛莫·瑪格達(dá)西
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F10/12
• 分類號(hào): B22F10/12;B22F1/102;B22F10/64;B22F3/10;B22F3/15;B33Y70/10;B33Y10/00;B33Y40/20
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 李崇章

本發(fā)明提供了一種硬質(zhì)合金及其增材制造方法，屬于增材制造領(lǐng)域。該方法以硬質(zhì)合金粉體為原料，采用光聚合進(jìn)行硬質(zhì)合金的增材制造，先采用有機(jī)物包覆手段對(duì)硬質(zhì)合金粉體進(jìn)行表面改性，使由表面改性硬質(zhì)合金粉體、光敏樹脂、分散劑和增碳劑組成的硬質(zhì)合金粉體漿料能夠發(fā)生光聚合反應(yīng)，再進(jìn)行光固化增材制造成型，并進(jìn)行脫脂、燒結(jié)或熱等靜壓致密化后獲得具有三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金部件。與基于高能束的激光選擇性熔化(SLM)相比較，本發(fā)明可以避免因高能束與硬質(zhì)合金直接接觸而造成的失碳和粘結(jié)劑揮發(fā)等問題。與基于噴射的粘結(jié)劑噴射增材制造(BJP)相比較，本發(fā)明的方法更簡潔、工序更少、成型部件的精細(xì)程度更高且表面質(zhì)量更優(yōu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及增材制造領(lǐng)域，特別涉及一種硬質(zhì)合金及其增材制造方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)硬質(zhì)合金在工業(yè)上主要采用粉末冶金方法生產(chǎn)，即先混合、研磨原料粉末，再壓制成形零部件坯體，然后排膠并燒結(jié)致密化為硬質(zhì)合金部件，最后根據(jù)產(chǎn)品外形和精度的要求，打磨、侵蝕或拋光燒結(jié)體，獲得硬質(zhì)合金制品。但是該方法僅適合于制備形狀和結(jié)構(gòu)較為簡單的產(chǎn)品，越來越難以滿足工業(yè)領(lǐng)域?qū)?fù)雜結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金異形制品的需求。

目前，用于硬質(zhì)合金的增材制造技術(shù)主要為激光選區(qū)性燒結(jié)、激光選區(qū)性熔化、熔融沉積成型、直寫成型和粘接劑噴射成型等。根據(jù)成型制品是否需要進(jìn)行后續(xù)高溫?zé)Y(jié)處理，可將上述方法分為直接增材制造硬質(zhì)合金和間接增材制造硬質(zhì)合金。直接增材制造硬質(zhì)合金為利用高能熱源直接熔化或燒結(jié)，使粉床上的硬質(zhì)合金粉末重熔凝固或燒結(jié)成型于打印平臺(tái)上得到復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件。相較于其他增材制造技術(shù)，由于采用微熔池逐層堆積、熔化量小、凝固速度快的特點(diǎn)，導(dǎo)致其成型樣品具有組織細(xì)小、力學(xué)性能優(yōu)異并較少后處理過程的優(yōu)點(diǎn)。與此同時(shí)，由于其高冷卻速度、高能熱源、局部液相燒結(jié)等特點(diǎn)，而存在晶粒異常長大造成的分層、鈷和石墨蒸發(fā)造成的缺碳相(η相，Co₃W₃C、Co₂W₄C或Co₃W₆C)的形成、高冷卻速度導(dǎo)致石墨相氣體不能溢出造成的氣孔和高能激光轟擊表面造成的飛濺和較大殘余應(yīng)力造成的裂紋等缺陷的產(chǎn)生。相較于直接增材制造方法，采用間接增材制造方法制備的硬質(zhì)合金組織成分均勻，無晶粒異常長大和分層，且制造成本更為低廉。但是現(xiàn)有的間接增材制造硬質(zhì)合金技術(shù)仍然存在坯體層間結(jié)合力不足、強(qiáng)度不高與致密度偏低、制品表面質(zhì)量粗糙度大和難以制備特別復(fù)雜形狀部件等諸多問題。

硬質(zhì)合金粉體，無論是單質(zhì)碳化物粉體如WC、TiC和TiNC等，還是復(fù)合粉體如WC-Co、WC-TiC、WC-TiC-TaC、TiCN-WC-Mo2C-Ni-Co和WC-TiC-Tac-TiCN-Co，均為深色粉體，對(duì)光的吸收率高從而導(dǎo)致硬質(zhì)粉體漿料中的光敏樹脂無法被光引發(fā)聚合，進(jìn)而使之難以光聚合反應(yīng)和光固化增材制造。另一方面，硬質(zhì)合金粉體的高密度(如WC粉體的密度為15.63g/cm³)使得硬質(zhì)合金粉體漿料極不穩(wěn)定，非常容易產(chǎn)生沉降。這使得光固化增材制造難以被用于制造硬質(zhì)合金部件。

因此，急需開發(fā)一種硬質(zhì)合金及其增材制造方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種硬質(zhì)合金及其增材制造方法，其目的是為了解決硬質(zhì)合金粉體漿料的光固化和沉降不穩(wěn)定性的問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種硬質(zhì)合金及其增材制造方法，該方法以硬質(zhì)合金粉體為原料，采用光聚合進(jìn)行硬質(zhì)合金的增材制造，具體為采用有機(jī)物包覆手段對(duì)硬質(zhì)合金粉體進(jìn)行表面改性，使由光敏樹脂、硬質(zhì)合金粉體和分散劑組成的硬質(zhì)合金粉體漿料能夠發(fā)生光聚合反應(yīng)，隨后采用基于光聚合的增材制造技術(shù)進(jìn)行光固化增材制造成型，并進(jìn)行脫脂、燒結(jié)或熱等靜壓致密化后獲得具有三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金部件，以解決硬質(zhì)合金粉體漿料的光固化和沉降不穩(wěn)定性的問題。

本發(fā)明提供了一種硬質(zhì)合金的增材制造方法，包括如下步驟：