一种复合金属陶瓷及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于3D打印技术领域，尤其涉及一种复合金属陶瓷及其制备方法与应用。本发明专利技术提供了一种复合金属陶瓷，所述复合金属陶瓷由中心层至表层依次为：耐磨相、过渡相和增韧基体相；所述耐磨相选自：W‑B合金、稀土硼化物、W‑B‑Ni3Al‑SiC或Re‑B‑Ni3Al‑SiC中的任意一种。本发明专利技术提供了一种上述复合金属陶瓷颗粒的制备方法，本发明专利技术还提供了一种上述复合金属陶瓷或上述制备方法得到的产品的应用。经实验测定可得，本发明专利技术提供的技术方案制得的产品，可同时提高金属陶瓷的耐磨性和强度。解决了现有技术中，常规金属陶瓷存在着难于制备复杂形状以及无法同时提高耐磨性和断裂韧性的技术缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于3D打印
，尤其涉及一种复合金属陶瓷及其制备方法与应用。
技术介绍
金属陶瓷作为一类特殊工具材料已经广泛用于刀具切削、矿产开发、基础建设(盾构工具)以及石油钻井等领域。在这些应用中，常规金属陶瓷遇到的最大挑战是无法同时提高耐磨性和断裂韧性，现有技术中的金属陶瓷，在提高其耐磨性的同时，其断裂韧性将会降低，反之亦然。目前盾构领域的复合金属陶瓷主要是粗晶粒的传统的均匀显微结构的硬质合金，虽然断裂韧性较高，但耐磨性非常低，成为凿岩刀具寿命短的根本原因。现有技术中，常规金属陶瓷存在着无法同时提高耐磨性和断裂韧性的技术缺陷，使得其应用受到限制。因此，研发出一种特殊复合结构金属陶瓷及其制备方法应用，用于解决现有技术中，常规金属陶瓷存在着无法同时提高耐磨性和断裂韧性的技术缺陷，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种复合金属陶瓷及其制备方法应用，用于解决现有技术中，常规金属陶瓷存在着无法同时提高耐磨性和断裂韧性的技术缺陷。本专利技术提供了一种复合金属陶瓷，所述复合金属陶瓷由中心层至表层依次为：耐磨相、过渡相和增韧基体相；所述耐磨相选自：W-B合金、稀土硼化物、W-B-Ni3Al-SiC或Re-B-Ni3Al-SiC中的任意一种。优选地，所述过渡相为WC-Co合金；所述过渡相中Co的质量百分含量为6～20％，所述过渡相中WC的粒径为300～5000nm。优选地，所述增韧基体相选自：WC-Co合金、Co或Ni中的任意一种；所述增韧基体相为WC-Co合金时，Co的质量百分含量为15～95％，WC的粒径为20～5000nm。优选地，所述增韧基体相为WC-Co合金时，Co的质量百分含量为25～85％，WC的粒径为200～2000nm。优选地，所述增韧基体相为WC-Co合金时，Co的质量百分含量为35～75％，WC的粒径为500～1500nm。优选地，所述增韧基体相为WC-Co合金时，Co的质量百分含量为45～70％，WC的粒径为300～400nm。优选地，所述耐磨相、过渡相和增韧基体相的体积比为(30～80):(2～40):(10～68)。优选地，所述耐磨相、过渡相和增韧基体相的体积比为(40～75):(10～30):(17～58)。优选地，所述耐磨相、过渡相和增韧基体相的体积比为(60～70):(15～25):(24～38)。本专利技术还提供了一种包括以上任意一项所述的复合金属陶瓷的制备方法，所述制备方法为：激光选区熔化3D打印法；所述激光选区熔化3D打印法在氩气或氮气作为保护气条件下进行。优选地，所述激光选区熔化3D打印法的步骤为：步骤一、耐磨相制粒后，预烧得第一产物；步骤二、所述第一产物和过渡相混合，制粒后预烧，得第二产物；步骤三、所述第二产物和增韧基体相混合，制粒后预烧，得产品。优选地，步骤一所述制粒、步骤二所述制粒和步骤三所述制粒的方法均为：雾化干燥制粒或滚动制粒；优选地，所述产品的粒径为10～350μm。本专利技术还提供了一种包括以上任意一项所述的复合金属陶瓷或以上任意一项所述的制备方法得到的产品在刀具切削、矿产开发、盾构工具以及石油钻井中的应用。综上所述，本专利技术提供了一种复合金属陶瓷，所述复合金属陶瓷由中心层至表层依次为：耐磨相、过渡相和增韧基体相；所述耐磨相选自：W-B合金、稀土硼化物、W-B-Ni3Al-SiC或Re-B-Ni3Al-SiC中的任意一种。本专利技术还提供了一种上述复合金属陶瓷的制备方法，本专利技术还提供了一种上述复合金属陶瓷或上述制备方法得到的产品的应用。经实验测定可得，本专利技术提供的技术方案制得的产品，耐磨性和断裂韧性可满足刀具切削、矿产开发、盾构工具以及石油钻井应用需求；同时，本专利技术中的复合金属陶瓷，制备过程中由于激光烧结的快速融化、快速凝固的特点，可以有效控制金属陶瓷中耐磨相颗粒在液相烧结过程中的长大，从而可同时提高金属陶瓷的耐磨性和强度。解决了现有技术中，常规金属陶瓷存在着难于制备复杂形状以及无法同时提高耐磨性和断裂韧性的技术缺陷。具体实施方式本专利技术提供了一种复合金属陶瓷及其制备方法应用，用于解决现有技术中，复合金属陶瓷存在着无法同时提高耐磨性和断裂韧性的技术缺陷。下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为了更详细说明本专利技术，下面结合实施例对本专利技术提供的一种复合金属陶瓷及其制备方法应用，进行具体地描述。实施例1本实施例为制备产品1的具体实施例。1)制备耐磨相-过渡相-增韧基体相的体积比为：65:20:30的多级复合金属陶瓷颗粒。a)按照下述方法制备得到耐磨相：将81wt.％W、19wt.％B和2wt.％石蜡混合，得到混合物；将所述混合物依次进行湿磨、干燥制粒、过筛、脱蜡和烧结，得到耐磨相团粒。所述湿磨的球磨速度优选为200r/min，湿磨的时间48小时，干燥制粒的温度60℃。脱蜡在氢气中进行，脱蜡温度400℃，脱蜡时间2小时，烧结在真空中进行，烧结温度1900℃。本实施例制备得到的耐磨相的粒径为40μm，成分为81wt.％W-19wt.％B。b)按照下述方法制备得到耐磨相-过渡相复合粉末：过渡相的WC-Co由85wt.％WC粉末和15wt.％Co粉以及2wt.％石蜡混合制备。将23g混合好的过渡相WC-Co粉末与53g步骤1)制得的耐磨相团粒依次进行湿磨、干燥制粒、过筛、脱蜡、烧结，最终制备出平均粒径为45μm的耐磨相-过渡相团粒。所述湿磨的球磨速度优选为200r/min，湿磨的时间2小时，干燥制粒的温度60℃。脱蜡在氢气中进行，脱蜡温度400℃，脱蜡时间2小时，烧结在真空中进行，烧结温度1200℃。本实施例制备得到的过渡相平均厚度为2.5μm，成分为WC-15wt.％Co。c)采用30wt.％WC-70wt.％Co作为基体相，耐磨相-过渡相-基体相复合粉末的制备方法：基体相由30wt.％WC粉末和70wt.％Co粉混合制备，其中WC粉和Co粉均可在市场购得。将76g步骤2)制备的耐磨相-过渡相团粒与24g的基体相粉末混合，进行1小时湿磨、60℃下干燥制粒、过筛、；将得到的球粒在氢气中400℃下进行2小时的脱蜡，然后在1200℃真空条件下进行烧结。得到多级复合金属陶瓷颗粒。多级复合金属陶瓷颗粒中，以体积分数计，耐磨相57％，过渡相17％，基体相26％。2)激光选区熔化(SLM)直接法3D制备硬质合金：将步骤1)最终制备的多级复合金属陶瓷颗粒在SLM(选区激光熔化)类型设备中平铺后在1400-1500度温度加热形成当前层或不加热直接铺粉；采用激光束按照预设的当前层截面轮廓进行扫描，使硬质合金颗粒烧结，形成截面层；激光束的功率为400W，扫描间距为0.06mm，扫描速度为1000mm/s，光斑直径为110μm，能量密度能达到107W/cm2；在截面层上再次平铺硬质合金颗粒重复上述步骤的操作过程，直至得到预设形状的硬质合金。实施例2本实施例为制备产品2的具体实施例。1)制备耐磨相-过渡相-增韧基体相的体积比为：60:15:38的多级复合金属陶瓷颗粒。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合金属陶瓷，其特征在于，所述复合金属陶瓷由中心层至表层依次为：耐磨相、过渡相和增韧基体相；所述耐磨相选自：W‑B合金、稀土硼化物、W‑B‑Ni3Al‑SiC或Re‑B‑Ni3Al‑SiC中的任意一种。

【技术特征摘要】
1.一种复合金属陶瓷，其特征在于，所述复合金属陶瓷由中心层至表层依次为：耐磨相、过渡相和增韧基体相；所述耐磨相选自：W-B合金、稀土硼化物、W-B-Ni3Al-SiC或Re-B-Ni3Al-SiC中的任意一种。2.根据权利要求1所述的复合金属陶瓷，其特征在于，所述过渡相为WC-Co合金；所述过渡相中Co的质量百分含量为6～20％，所述过渡相中WC的粒径为300～5000nm。3.根据权利要求1所述的复合金属陶瓷，其特征在于，所述增韧基体相选自：WC-Co合金、Co或Ni中的任意一种；所述增韧基体相为WC-Co合金时，Co的质量百分含量为15～95％，WC的粒径为20～5000nm。4.根据权利要求1所述的复合金属陶瓷，其特征在于，所述耐磨相、过渡相和增韧基体相的体积比为(30～80):(2～40):(10～68)。5.根据权利要求4所述的复合金属陶瓷，其特征在于，所述耐磨相、过渡相和增韧基体相的体积比为(60～70):(15～25):(24～38)。6.一种包括权利要求1至5任意一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓欣，陈健，刘金洋，伍尚华，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44