金属陶瓷或硬质合金的三维打印制造技术

本发明专利技术涉及一种制造3D打印的金属陶瓷或硬质合金体的方法，该3D打印的金属陶瓷或硬质合金体包含硬质相和金属粘结相，其中3D打印的生坯体经受烧结工序，所述烧结工序包括在液相烧结步骤之前的保持步骤。所述烧结体具有降低的孔隙率。的孔隙率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属陶瓷或硬质合金的三维打印


[0001]本专利技术涉及金属陶瓷或硬质合金烧结体的三维打印方法。

技术介绍

[0002]三维(3D)打印或增材制造是可以打印三维体的有前途的制造技术。通常在计算机程序中创建所述体的模型，然后在三维打印机器或设备中打印该模型。三维打印是一种有前途的制造技术，因为它使得制造通过常规制造方法不能实现的复杂结构和体成为可能。
[0003]三维打印的一种类型基于粘结剂喷射，其中喷墨式打印头用于将粘结剂喷雾到粉末的薄层上，当所述粘结剂凝结时，形成粘结在一起的粉末的片，所述片用于物体的给定层。所述粘结剂凝结后，在所述原始层上铺设下一个粉末的薄层，并在用于该层的图案中重复粘结剂的打印喷射。未用所述粘结剂打印的粉末保留在原始沉积的地方，并且用作所述打印结构的基础和支撑。当所述物体的打印完成时，所述粘结剂在升高的温度下固化，随后通过例如气流或刷擦除去未用粘结剂打印的粉末。
[0004]金属陶瓷和硬质合金材料由在例如Co的金属粘结相中的作为硬质成分的碳化物和/或氮化物例如WC或TiC构成。由于这些材料具有高硬度、高耐磨性和高韧性，因此在高要求的应用中有用。应用领域的实例为用于金属切削的切削工具、用于凿岩的钻头和磨损部件。
[0005]使用三维打印制造金属陶瓷和硬质合金材料时的一个挑战在于提供具有与常规制造(即通过压制成型)的金属陶瓷和硬质合金材料相当的微观结构(即孔隙率、最小的Co岛等)的体。
[0006]烧结三维打印的金属陶瓷和硬质合金生坯体时的一个挑战在于，用于打印的粉末通常已经预烧结，而用于常规制造的金属陶瓷和硬质合金材料的粉末(即通过压制形成的生坯体)并未预烧结。这将对烧结行为产生大的影响，烧结三维打印的金属陶瓷和硬质合金生坯体并不容易，孔隙率、Co岛和反常晶粒生长等缺陷是常见的。
[0007]减少所述缺陷的一种方法是使用烧结热等静压(sinter
‑
HIP)，包括通常在真空中实施的第一液相烧结步骤和第二高压步骤。然而，尽管使用烧结热等静压可以提供相当良好的金属陶瓷和硬质合金材料，但它对粉末质量提出了高的要求。
[0008]在WO2017/178084中，通过使用含有大量细粉(<10μm)的粉末实现烧结后孔隙率的降低。
[0009]然而，含有大量细粉的粉末将导致流动性降低，这可能在处理粉末期间以及打印工序期间造成问题。
[0010]需要找到一种成功的方法来制造三维打印的金属陶瓷和硬质合金体，所述三维打印的金属陶瓷和硬质合金体的结构和组成均匀、孔密度最小，而这种方法不必使用可能在处理和烧结期间造成问题的含有大量微细粒子的粉末等。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是提供一种在烧结后具有均匀组成和最少的孔的三维(3D)打印的金属陶瓷或硬质合金体的制造方法。
[0012]本专利技术的目的是提供一种适用于进行金属陶瓷或硬质合金体的三维打印的方法。
[0013]这些目的中的至少一个通过根据项1的方法实现。优选实施方式列在从属项中。
[0014]本专利技术涉及一种制造3D打印的金属陶瓷或硬质合金体的方法，该3D打印的金属陶瓷或硬质合金体包含硬质相和金属粘结相，所述方法包括以下步骤：
[0015]‑
提供包含金属陶瓷或硬质合金粒子的准备打印的粉末，
[0016]‑
使用所述准备打印的粉末和打印粘结剂来3D打印出体(body)，从而形成3D打印的金属陶瓷或硬质合金生坯体，
[0017]‑
在烧结工序中烧结所述生坯体，包括在液相烧结温度下的液相烧结步骤，其中所述烧结工序包括在所述液相烧结步骤之前的至少一个保持步骤，其中，所述保持步骤的持续时间在30分钟到500分钟之间，所述保持步骤的温度在1200℃到(T
m
‑
10)℃之间，其中T
m
是对于特定金属陶瓷或硬质合金组成而言所述金属粘结相开始熔化时的所述温度。
[0018]液相烧结是在高于特定金属陶瓷或硬质合金组成中的金属粘结剂熔化时的温度的温度下实施的。优选地，所述液相烧结在1350℃到1500℃之间的温度下发生。优选地，所述液相烧结的持续时间在30分钟到300分钟之间，更优选地在30分钟到120分钟之间。
[0019]所述液相烧结步骤优选在真空中实施，即所谓的真空烧结。此处真空是指压力低于0.5毫巴。
[0020]液相烧结步骤在金属陶瓷和硬质合金的烧结技术中是常见的，通常在达到所述液相烧结温度之前包括脱粘步骤，所述脱粘步骤通常在200℃至550℃之间的温度下进行约30分钟至120分钟。实施所述脱粘步骤是为了除去任何残留的粘结剂，例如，粘合性打印粘结剂。所述打印粘结剂包含在打印期间部分蒸发的溶剂。所述打印粘结剂可以是水系的。
[0021]在常规的液相烧结中，温度随后升高到通常在1350℃至1500℃之间的烧结温度，在此温度下进行液相烧结。
[0022]在本专利技术的一个实施方式中，所述液相烧结步骤分为两个步骤，其中在温度升高至最终的液相烧结温度之前，在T
m
到(T
m
+50)之间的温度下，优选在1310℃至1330℃之间，在液相烧结区域的下部存在预烧结步骤。T
m
是对于特定金属陶瓷或硬质合金组成而言金属粘结相开始熔化的温度。所述预烧结步骤的持续时间优选在30分钟到90分钟之间。
[0023]根据本专利技术，在所述脱粘步骤和所述液相烧结步骤之间存在保持步骤，即固态烧结步骤。所述保持步骤在30分钟至500分钟之间，优选在45分钟至300分钟之间，更优选在90分钟至120分钟之间，所述保持温度为1200℃至(T
m
‑
10)℃之间，其中T
m
是对于特定金属陶瓷或硬质合金组成而言粘结剂开始熔化时的温度，优选保持温度在1200℃到1300℃之间。
[0024]在此所述保持步骤意味着温度保持在1200℃至(T
m
‑
10)℃之间，在所述保持步骤的整个持续时间内，温度可以连续或逐步升高/降低，只要温度在1200℃到(T
m
‑
10)℃之间即可。优选地，所述温度在整个保持时间内是相同的温度。
[0025]对于各特定的金属陶瓷或硬质合金组成，特定的粘结相组成开始熔化时的温度是不同的。所述温度T
m
取决于例如粘结剂和可溶于粘结剂中的元素例如W、C、Cr、Ti、Ta、Nb等的量。通常，所述金属粘结相在粘结剂中的纯金属例如Co的文献中记载的熔点之下开始熔
化。
[0026]在所述液相烧结之前，所述保持步骤有助于进一步巩固所述体并减少孔的量。
[0027]在本专利技术的一个实施方式中，在所述液相烧结步骤之后，所述烧结工序还包括高压烧结步骤，也称为金属陶瓷或硬质合金体的烧结热等静压或GPS(气压烧结)。所述高压烧结可在1300℃至1500℃的温度和20巴至100巴的压力下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造3D打印的金属陶瓷或硬质合金体的方法，所述3D打印的金属陶瓷或硬质合金体包含硬质相和金属粘结相，所述方法包括如下步骤：
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提供包含金属陶瓷或硬质合金粒子的准备打印的粉末，
‑‑
使用所述准备打印的粉末和打印粘结剂来3D打印出体，从而形成3D打印的金属陶瓷或硬质合金生坯体，
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在烧结工序中烧结所述生坯体，包括在液相烧结温度下的液相烧结步骤，其中所述烧结工序包括在所述液相烧结步骤之前的至少一个保持步骤，其中，所述保持步骤的持续时间在30分钟到500分钟之间，所述保持步骤的温度在1200℃到(T
m
‑
10)℃之间，其中T
m
是金属粘结相开始熔化时的温度。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述烧结工序包括在所述液相烧结步骤之后的高压烧结步骤。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述高压步骤在1300℃至1500℃的温度和20巴至100巴的压力下实施。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述保持步骤在45分钟到300分钟之间，所述保持温度在1200℃到1300℃之间。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述真空烧结步骤中的液相烧结在1350℃至1500℃之间的温度下进行。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述准备打印的粉末的孔隙率在0％至40％之间。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述准备打印的粉末...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰，
申请(专利权)人：山特维克加工解决方案股份有限公司，
类型：发明
国别省市：