一种基于激光熔覆制备高硬度高耐磨刀模的复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激光熔覆制备高硬度高耐磨刀模的复合材料，包括：微米级球形粉末、纳米级陶瓷粉末和微米级钨包金刚石粉末，所述微米级球形粉末为铁基合金粉末或者镍基合金粉末，所述纳米级陶瓷粉末为碳化物陶瓷粉末，所述纳米级陶瓷粉末包覆在所述微米级球形粉末表面；所述微米级钨包金刚石粉末为纳米级钨粉通过化学镀的方法包覆在金刚石表面制成的钨包金刚石粉末；三种组分按照预定配比制得铁基

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光熔覆制备高硬度高耐磨刀模的复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及激光金属3D打印
，特别涉及一种基于激光熔覆制备高硬度高耐磨刀模的复合材料，以及该复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]对于刀模来说，硬度和耐磨性是评价刀模性能的一个重要指标，传统提高刀模性能的方式主要是通过热处理的方式来提高它的性能，存在周期长，处理后产品存在变形等问题。热处理后的刀模往往还需二次加工，使得整个刀模的制备周期长，工艺复杂。
[0003]金属3D打印是一种快速成型的方式，由于高冷却速率，得到的成型件内部组织结构细小，成型件的性能可相当于锻件性能，在减少了热处理的环节前提下，还能得到高性能产品。
[0004]对于单一合金来说，往往不能同时满足高硬度和高耐磨性，往往需要加入一些增强相来提高打印件的性能。对于两种不同粒径的复合粉成型来说，激光熔覆是一种较好的成型方式。陶瓷颗粒的加入可在一定程度上提高成型件的耐磨性，金刚石颗粒的加入可在一定程度上提高成型件的硬度。但是由于陶瓷颗粒高激光吸收率和本身特性，会导致陶瓷颗粒分布不均匀或者金属未充分熔融，存在成型件性能不一致、孔洞等缺陷。由于金刚石的低熔点，会存在挥发的可能，从而导致孔洞等缺陷。
[0005]因此，专利技术一种刀模用高硬度高耐磨的复合材料成为本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是提供基于激光熔覆制备高硬度高耐磨刀模的复合材料及其制备方法，通过采用在微米级球形粉末即铁基合金粉末或者镍基合金粉末的表面包覆纳米陶瓷粉末，可以保证铁基合金粉末或者镍基合金粉末的充分熔融，也可使纳米陶瓷粉末均匀地分布在成形件内部，提高耐磨性；通过化学镀的方法在金刚石表面包覆金属钨，由于金属钨的高熔点，可防止全部金刚石熔解，其次即使部分金刚石熔解可与金属钨生成碳化钨，从而进一步提高耐磨性；通过两种包覆粉末的混合，即可保证成型件的高耐磨性，也可保证成型件的高硬度。为了解决上述问题，本专利技术提供的技术方案如下：
[0007]本专利技术的一种基于激光熔覆制备高硬度高耐磨刀模的复合材料，所述复合材料包括：微米级球形粉末、纳米级陶瓷粉末和微米级钨包金刚石粉末，所述微米级球形粉末为铁基合金粉末或者镍基合金粉末，所述纳米级陶瓷粉末为碳化物陶瓷粉末，所述纳米级陶瓷粉末包覆在所述微米级球形粉末表面；所述微米级钨包金刚石粉末为纳米级钨粉通过化学镀的方法包覆在金刚石表面制成的钨包金刚石粉末；三种组分按照预定配比制得铁基
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纳米碳化物参钨包金刚石体系或者镍基
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纳米碳化物参钨包金刚石体系的所述复合材料。
[0008]进一步地，所述微米级球形粉末为铁基合金粉末时，组成所述微米级球形粉末的
各组分按照重量百分比组成如下：碳0.01％
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0.5％、铬5.30％
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18.00％、镍0.1％
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20％、硼0.1％
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2％、硅0.1％
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4％，余量为铁。
[0009]进一步地，所述微米级球形粉末为铁基合金粉末时，所述复合材料为铁基
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纳米碳化物参钨包金刚石体系的复合材料，所述复合材料的各组分按照重量百分比组成如下：铁基合金粉末70％
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90％、纳米级陶瓷粉末5％
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20％、微米级钨包金刚石粉末5％
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30％，各组分百分比之和为100％。
[0010]进一步地，所述微米级球形粉末为镍基合金粉末时，组成所述微米级球形粉末的各组分按照重量百分比组成如下：碳0.01％
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0.8％、铬10.00％
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20.00％、铝0.2％
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1％、钴0.01％
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1％、钼0.1％
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3.5％、铌0.3％
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6％、铁10％
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25％，余量为镍。
[0011]进一步地，所述微米级球形粉末为镍基合金粉末时，所述复合材料为镍基
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纳米碳化物参钨包金刚石体系的复合材料，所述复合材料的各组分按照重量百分比组成如下：镍基合金粉末70％
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90％、纳米级陶瓷颗粒5％
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20％、微米级钨包金刚石粉末5％
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30％，各组分百分比之和为100％。
[0012]进一步地，所述微米级球形粉末粒径为75
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150μm，所述纳米级陶瓷粉末粒径为50
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80nm，所述钨包金刚石粉末粒径为20
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30μm。
[0013]本专利技术提供的一种基于激光熔覆制备高硬度高耐磨刀模的复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0014]S1，根据球磨罐容积、微米级球形粉末和纳米级陶瓷粉末的质量百分比，计算出所需球磨介质、微米级球形粉末以及纳米级陶瓷粉末的质量，并进行称量，误差控制在0.01g之内。
[0015]S2，根据步骤S1中的称量，依次向球磨罐中加入纳米级陶瓷粉末、微米级球形粉末和球磨介质，球磨介质均匀地覆盖在纳米级陶瓷粉末和微米级球形粉末上方，防止在对球磨罐抽真空或者充惰性气体时，纳米级陶瓷粉末和微米级球形粉末损失，抽真空或者充惰性气体完毕后，进行球磨得到金属
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纳米碳化物。
[0016]S3，在步骤S2中的球磨完毕后，取出金属
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纳米碳化物，根据混粉罐容积、金属
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纳米碳化物和微米级钨包金刚石粉末的质量百分比，计算所需金属
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纳米碳化物和微米级钨包金刚石粉末的质量，并进行称量，误差控制在0.01g之内。
[0017]S4，根据步骤S3中的称量，向混粉罐中加入金属
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纳米碳化物和微米级钨包金刚石粉末，并对混粉罐进行抽真空或者通氩气处理，然后进行混粉得到所述复合材料。
[0018]进一步地，在步骤S2中，若是对球磨罐抽真空，则真空度为0.1MPa；若是对球磨罐充惰性气体，则惰性气体为氩气；对纳米级陶瓷粉末和微米级球形粉末的球磨时间为3h
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20h，球磨包括自转和公转，其中，自转速度为100r/min
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120r/min，公转速度为0.5r/min
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2r/min。
[0019]进一步地，在步骤S4中，若是对混粉罐抽真空，则真空度为0.1MPa；若是对混粉罐充惰性气体，则惰性气体为氩气；混粉时间为10h
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24h,转速为50r/min
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100r/min。
[0020]本专利技术提供的基于激光熔覆制备高硬度高耐磨刀模的复合材料的有益效果是：
[0021]通过采用在微米级球形粉末即铁基合金粉末或者镍基合金粉末的表面包覆纳米陶瓷粉末，可以保证铁基合金粉末或者镍基合金粉末的充分熔融，也可使纳米陶瓷颗粒均匀地分布本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光熔覆制备高硬度高耐磨刀模的复合材料，其特征在于，所述复合材料包括：微米级球形粉末、纳米级陶瓷粉末和微米级钨包金刚石粉末，所述微米级球形粉末为铁基合金粉末或者镍基合金粉末，所述纳米级陶瓷粉末为碳化物陶瓷粉末，所述纳米级陶瓷粉末包覆在所述微米级球形粉末表面；所述微米级钨包金刚石粉末为纳米级钨粉通过化学镀的方法包覆在金刚石表面制成的钨包金刚石粉末；三种组分按照预定配比制得铁基
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纳米碳化物参钨包金刚石体系或者镍基
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纳米碳化物参钨包金刚石体系的所述复合材料。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述微米级球形粉末为铁基合金粉末时，组成所述微米级球形粉末的各组分按照重量百分比组成如下：碳0.01％
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0.5％、铬5.30％
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18.00％、镍0.1％
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20％、硼0.1％
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2％、硅0.1％
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4％，余量为铁。3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述微米级球形粉末为铁基合金粉末时，所述复合材料为铁基
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纳米碳化物参钨包金刚石体系的复合材料，所述复合材料的各组分按照重量百分比组成如下：铁基合金粉末70％
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90％、纳米级陶瓷粉末5％
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20％、微米级钨包金刚石粉末5％
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30％，各组分百分比之和为100％。4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述微米级球形粉末为镍基合金粉末时，组成所述微米级球形粉末的各组分按照重量百分比组成如下：碳0.01％
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0.8％、铬10.00％
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20.00％、铝0.2％
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1％、钴0.01％
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1％、钼0.1％
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3.5％、铌0.3％
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6％、铁10％
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25％，余量为镍。5.根据权利要求4所述的复合材料，其特征在于，所述微米级球形粉末为镍基合金粉末时，所述复合材料为镍基
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纳米碳化物参钨包金刚石体系的复合材料，所述复合材料的各组分按照重量百分比组成如下：镍基合金粉末70％
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90％、纳米级陶瓷颗粒5％

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，王臻，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：