一种基于增材制造的镍基复合材料、制备方法及其成形方法技术

本发明专利技术提供了一种基于增材制造的镍基复合材料、制备方法及其成形方法，该制备方法包括：步骤1、对金刚石颗粒进行除油；步骤2、对步骤1获得的金刚石颗粒进行亲水化处理；步骤3、在步骤2获得的金刚石颗粒表面镀钛；步骤4、在镀钛的金刚石颗粒表面进行镀镍处理；步骤5、将步骤4获得的镀镍后的金刚石颗粒与镍基粉末进行混合，获得镍基复合材料粉末。本发明专利技术通过对金刚石表面镀镍的方法来提升金刚石对纯镍粉末的润湿性，并通过镀钛、镀镍方式，提升复合材料的导热、强度及耐腐蚀性能。强度及耐腐蚀性能。强度及耐腐蚀性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于增材制造的镍基复合材料、制备方法及其成形方法


[0001]本专利技术涉及复合材料及其制备、成形领域，尤其涉及一种基于增材制造的镍基复合材料、制备方法及其成形方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的飞速发展，人们对材料的要求越来越高，除了对材料强度等方面的要求，一些特殊领域对材料的导热性，耐热性，耐腐蚀等性能也提出了较高的要求，比如航空发动机和燃气轮机领域，就要求材料具有优异的耐热性。由于颗粒增强金属基复合材料可以拥有比基体合金更高的比强度、比刚度、热稳定性以及耐热性，有很广阔的应用空间；同时镍基复合材料由于其在高温力学和蠕变抗力等方面的优异表现，有望成为此类大尺寸复杂结构部件的备选材料。
[0003]在镍基复合材料领域，常见的增强体有石墨烯、纳米碳化硅、碳纳米管等，这些增强体的引入都能对复合材料的性能产生一定的提升，比如石墨烯/镍基复合材料，石墨烯的引入能够使复合材料的硬度以及耐磨性得到提升；再比如纳米碳化硅/镍基复合材料，纳米碳化硅的引入能够大大增加镍基体的力学强度，强度的提升会随着基体晶粒尺寸的减小而提高，并且在具有高强度的同时，还能兼具较好的塑性。
[0004]但是，上述现有的复合材料在强度方面仍然不能满足一些特定领域的使用需求，因此，提出一种拥有高强度，且能够保持良好导热性能、高耐热性和耐腐蚀的镍基复合材料，成为了当下需要解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提出了一种基于增材制造的镍基复合材料、制备方法及其成形方法，极细金刚石颗粒的引入不仅能使材料具有较高的强度，还能够使材料获得优良的导热能力以及耐腐蚀能力，通过本专利技术的制备方式，解决了金刚石粉末和纯镍粉末难以复合的问题，能够使得两种材料进行良好的复合，从而使得该复合材料具有优异导热性，耐热性，高强度以及耐腐蚀性能。
[0006]为达到上述目的，本专利技术具体提供了如下技术方案：
[0007]一方面，本专利技术提供了一种基于增材制造的镍基复合材料制备方法，其特征在于，该方法包括：
[0008]步骤1、对金刚石颗粒进行除油；
[0009]步骤2、对步骤1获得的金刚石颗粒进行亲水化处理；
[0010]步骤3、在步骤2获得的金刚石颗粒表面镀钛；
[0011]步骤4、在镀钛的金刚石颗粒表面进行镀镍处理；
[0012]步骤5、将步骤4获得的镀镍后的金刚石颗粒与镍基粉末进行混合，获得镍基复合材料粉末。
[0013]优选的，所述金刚石颗粒平均粒径为1-3μm。
[0014]优选的，所述步骤1进一步包括：将金刚石颗粒放入NaOH溶液中进行煮沸，然后用去离子水进行漂洗，直至清洗液的pH值满足要求。
[0015]优选的，所述步骤3进一步包括：将钛粉与步骤2获得的金刚石颗粒混合，使用氯基盐将其覆盖，放入加热至900℃-1000℃的环境中，并保温一定时长，再冷却至室温；再将盐渣去除，完成镀钛。
[0016]优选的，所述步骤4中的镀镍处理中采用电镀方式，镀液成分为：六水硫酸镍200～300g/L，无水氯化镍20～40g/L，硼酸30～35g/L；阳极悬空，阴极导电部分与待镀镍的金刚石颗粒相接触；镀瓶转速为0至23r/min。
[0017]优选的，所述步骤5进一步包括：在镀镍后的金刚石颗粒与镍基粉末进行混合前，在球磨机中加入纯镍粉球磨一定时间，再加入镀镍后的金刚石颗粒与镍基粉末进行球磨；球磨过程中采用惰性气体保护，并采用球磨、空冷交替方式进行球磨，直至完成球磨，并在球磨罐完全冷却后打开，获得镍基复合材料粉末。
[0018]进一步优选的，所述步骤5中，研磨介质为陶瓷，球料重量比为5∶1。
[0019]优选的，在上述镍基复合材料进行增材制造时，使用激光选区熔化(SLM)工艺进行成形，SLM，激光功率为110-130W之间，扫描速度400-600mm/s之间，铺粉厚度与扫描间距为50μm。
[0020]另一方面，本专利技术还提供了一种基于增材制造的镍基复合材料，所述复合材料由增强体材料与基体材料以颗粒增强方式构成，所述增强体材料为平均粒径为1～3μm的极细金刚石颗粒，所述基体材料为平均粒径为30～40μm的纯镍粉末。
[0021]优选的，所述极细金刚石颗粒首先进行镀钛处理，再进行镀镍处理。
[0022]优选的，通过增材制造的方式对得到的复合粉末进行成形。
[0023]优选的，所述极细金刚石颗粒在进行镀钛处理前，进行亲水化处理，在其表面形成微小凹坑，以增加表面的粗糙度。
[0024]又一方面，本专利技术还提供了一种基于增材制造的镍基复合材料成形方法，，所述复合材料采用如上所述的基于增材制造的镍基复合材料制备方法得到，或者所述复合材料采用如上所述的基于增材制造的镍基复合材料；此后，将所述复合材料进行增材制造成形，得到致密的成品零件。
[0025]与现有技术相比，本专利技术技术方案具备以下的显著优点：对于金刚石粉末和纯镍粉末难以复合的问题，本专利技术使用了对金刚石表面镀镍的方法来提升金刚石对纯镍粉末的润湿性。同时由于金刚石与镍在高温下会发生反应，会破坏金刚石的结构，必须在其表面镀钛，再镀镍；在经过镀钛后，再经过电镀在表面进行镀镍，即可获得镀镍金刚石粉末，该粉末对纯镍粉末具有良好的润湿性，可以用于复合粉末的制备。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0027]图1为本专利技术实施例的制备方法流程图；
[0028]图2为本专利技术实施例的镀钛金刚石表面电镀镍装置示意图。
[0029]其中：1-阳极，2-镀瓶，3-镀液，4-镀镍金刚石，5-滚镍机底座，6-阴阳极固定杆，7-阴极。
具体实施方式
[0030]下面结合附图对本专利技术实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]本领域技术人员应当知晓，下述具体实施例或具体实施方式，是本专利技术为进一步解释具体的
技术实现思路
而列举的一系列优化的设置方式，而该些设置方式之间均是可以相互结合或者相互关联使用的，除非在本专利技术明确提出了其中某些或某一具体实施例或实施方式无法与其他的实施例或实施方式进行关联设置或共同使用。同时，下述的具体实施例或实施方式仅作为最优化的设置方式，而不作为限定本专利技术的保护范围的理解。
[0032]实施例1：
[0033]在一个具体的实施例中，本专利技术的材料在制备时包括以下基础材料：粒径均匀的极细金刚石粉末、粒径均匀的纯镍粉末。
[0034]在制备时，通过极细金刚石颗粒增强纯镍粉末，得到金刚石/镍基复合材料粉末本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于增材制造的镍基复合材料制备方法，其特征在于，该方法包括：步骤1、对金刚石颗粒进行除油；步骤2、对步骤1获得的金刚石颗粒进行亲水化处理；步骤3、在步骤2获得的金刚石颗粒表面镀钛；步骤4、在镀钛的金刚石颗粒表面进行镀镍处理；步骤5、将步骤4获得的镀镍后的金刚石颗粒与镍基粉末进行混合，获得镍基复合材料粉末。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金刚石颗粒平均粒径为1-3μm。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1进一步包括：将金刚石颗粒放入NaOH溶液中进行煮沸，然后用去离子水进行漂洗，直至清洗液的pH值满足要求。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3进一步包括：将钛粉与步骤2获得的金刚石颗粒混合，使用氯基盐将其覆盖，放入加热至900℃-1000℃的环境中，并保温一定时长，再冷却至室温；再将盐渣去除，完成镀钛。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中的镀镍处理中采用电镀方式，镀液成分为：六水硫酸镍200～300g/L，无水氯化镍20～40g/L，硼酸30～35g/L；阳极悬空，阴极导电部分与待镀镍的金刚石颗粒相接触；镀瓶转速为0至23r/min。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张升，丁明路，李业韬，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：