一种用于3D打印的硬质合金材料体系及3D打印方法技术

本发明专利技术公开了一种用于3D打印的硬质合金材料体系及3D打印方法，所述硬质合金材料体系包括以下质量份的组分：碳化铬0.5

【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印的硬质合金材料体系及3D打印方法


[0001]本专利技术涉及增材制造
，尤其涉及一种用于3D打印的硬质合金材料体系及3D打印方法。

技术介绍

[0002]硬质合金是由难熔金属的硬质化合物(如WC)和粘结金属(如Fe，Co，Ni)通过粉末冶金工艺制成的一种复合材料，具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，被广泛应用在切削刀具、五金模具、航空航天零件等领域上。但是传统的硬质合金制备生产周期长，难以制备复杂形状的硬质合金工件，形状也受制于模具，需要配备多套模具，增加了成本。因此传统的硬质合金制备技术满足不了高速发展的工业要求。
[0003]粘结剂喷射技术(Binder Jetting)是一项能够通过喷嘴产生微小的液滴喷向平铺的粉末层，然后循环往复地进行层层铺粉、喷射打印过程得到打印件的先进增材制造技术。粘结剂喷射成型打印件成型后需要在一定温度下进行粘结剂固化，然后将打印生坯进行脱脂和烧结等。该技术具有成本低、打印速度快、打印精度高、可打印大尺寸样件等优势，因此成为硬质合金增材制造的优选技术。
[0004]但是，利用粘结剂喷射成型技术制备硬质合金材料时，在烧结过程中容易产生WC晶粒的异常长大，严重影响硬质合金的力学性能。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的问题，本专利技术提供了一种用于3D打印的硬质合金材料体系，将WC
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Co/Ni/Fe硬质合金复合材料粉体与碳化铬粉体混合，使得碳化铬粉体分布在WC
‑
>Co/Ni/Fe硬质合金复合材料粉体之间的接触区，在烧结的过程中可以有效抑制WC晶粒的异常长大；具体采用的技术方案如下：
[0006]一种用于3D打印的硬质合金材料体系，包括以下质量份的组分：碳化铬0.5
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3份，其余为WC
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Co/Ni/Fe硬质合金复合材料粉体，所述WC
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Co/Ni/Fe硬质合金复合材料粉体为球形或类球形或其他形状颗粒，所述WC
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Co/Ni/Fe硬质合金复合材料粉体粒度为5
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150μm，所述碳化铬粉体粒度为0.2
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3μm。所述碳化铬的质量份优选为0.5～1份。
[0007]WC
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Co/Ni/Fe硬质合金复合材料粉体与碳化铬粉体混合，使得碳化铬分布在WC
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Co/Ni/Fe硬质合金复合材料粉体之间的相互接触区，然后打印烧结，可以抑制WC晶粒的异常增长，实验表明，WC
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Co/Ni/Fe硬质合金复合材料粉体颗粒之间搭接形成的空隙区是WC晶粒最容易发生异常长大的区域，本专利技术把碳化铬放在这些WC晶粒最容易异常长大的地方来抑制其长大，最终使得WC晶粒达到均匀化。但是，如果碳化铬均匀分布在WC
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Co/Ni/Fe硬质合金复合材料粉体内部而不是外部，经打印烧结，最终WC晶粒还是会异常长大。
[0008]优选的，所述WC
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Co/Ni/Fe硬质合金复合材料粉体中包含：碳化钨80
‑
94质量份，Co/Ni/Fe为6
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20质量份。
[0009]进一步优选的，所述WC
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Co/Ni/Fe硬质合金复合材料粉体中WC晶粒度为0.1～3μm。
[0010]优选的，所述碳化铬可以替换为碳化钒、碳化钼、碳化铌、碳化钽、碳化钛中的一种或至少二种混合物；所述碳化铬也可以替换为碳化铬和碳化钒、碳化钼、碳化铌、碳化钽、碳化钛中的至少一种的混合物。
[0011]本专利技术还提供了一种3D打印方法，包括以下步骤：
[0012]S1、按照本专利技术所述的用于3D打印的硬质合金材料体系提供原料，混合均匀，得到预混料，放置在打印料仓中；
[0013]S2、对打印件三维结构按照设定层厚进行逐层切片处理，定义打印参数，打印策略；得到打印件三维结构从下至上的各层切片信息；
[0014]s3、打印料仓中的预混料按照一定铺粉层厚平铺至工作台得到当前层；
[0015]S4、采用粘结剂喷射成型工艺，按照打印件的当前层结构信息进行粘结剂喷射、渗透、干燥；所述打印环境为常压大气氛围；
[0016]S5、重复步骤S3～S4，得到打印件生坯；
[0017]S6、将步骤S5中得到的打印件生坯进行固化处理并去除未成形的粉末；
[0018]S7、将步骤S6中固化后的打印件生坯进行脱脂处理，然后进行真空烧结或气压烧结，随炉冷却，获得所需的硬质合金样件。
[0019]优选的，所述步骤S4中粘结剂为水基或有机溶剂粘合剂，所述粘结剂饱和度为60％～100％。
[0020]优选的，所述步骤S4中粘结剂渗透时间为2～10s；所述粘结剂干燥时间为10～20s。
[0021]优选的，所述步骤s3中铺粉层厚为20
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400μm。
[0022]优选的，所述步骤S6中固化温度为180～200℃，保温时间为6～8h；所述步骤S7中脱脂烧结温度为300～1000℃，保温时间为45～180min。
[0023]优选的，所述步骤S7中真空烧结温度为1350～1500℃，保温时间为30～180min，真空度为0.01～100Pa。最优选的，所述步骤S7中真空烧结温度为1430℃，保温时间为90min，真空度为1～2Pa。
[0024]优选的，所述步骤S7中气压烧结温度为1350～1500℃，保温时间为30～180min，气体为纯氩气，压强大小为i～10MPa。最优选的，所述步骤S7中气压烧结温度为1430～1490℃，保温时间为90～180min，气体为纯氩气，压强大小为2～4MPa。
[0025]本专利技术所述的硬质合金材料体系将碳化铬分布在WC
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Co/Ni/Fe硬质合金复合材料粉体颗粒搭接之间形成的空隙区，用于粘结剂喷射打印时，在烧结过程中可以有效防止WC晶粒的异常长大，制备的硬质合金的硬度相较于没有加入碳化铬的材料明显增强；而且当碳化铬的质量份为0.5～1份时，加入碳化铬的WC
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Co/Ni/Fe硬质合金复合材料体系制备的硬质合金的致密度高于没有加入碳化铬的产品。
附图说明
[0026]图1是实施例2制备的硬质合金样件的电镜图；
[0027]图2是对比例2制备的硬质合金样件的电镜图。
具体实施方式
[0028]下面对本专利技术采用具体事例进行全面细致的解释，以下事例不以任何形式限制本专利技术，任何在本专利技术基础或范围内进行改进，都属于本专利技术的保护范围。
[0029]实施例1
[0030]本实施例包括以下步骤：
[0031](A)提供材料：按照质量百分比，碳化铬0.5份(FSSS粉体粒度为0.2微米)，其余为粒径为5
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30微米的球形或近球形的WC
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6Co硬质合金材料颗粒，颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的硬质合金材料体系，其特征在于：包括以下质量份的组分：碳化铬0.5
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3份，其余为WC
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Co/Ni/Fe硬质合金复合材料粉体，所述WC
‑
Co/Ni/Fe硬质合金复合材料粉体为球形或类球形颗粒或其他形状粉体，所述WC
‑
Co/Ni/Fe硬质合金复合材料粉体粒度为5
‑
150μm，所述碳化铬粉体粒度为0.2
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3μm。2.根据权利要求1所述的用于3D打印的硬质合金材料体系，其特征在于：所述WC
‑
Co/Ni/Fe硬质合金复合材料粉体中包含：碳化钨80
‑
94质量份，Co/Ni/Fe为6
‑
20质量份。3.根据权利要求2所述的用于3D打印的硬质合金材料体系，其特征在于：所述碳化铬可以替换为碳化钒、碳化钼、碳化铌、碳化钽、或碳化钛。4.根据权利要求2所述的用于3D打印的硬质合金材料体系，其特征在于：所述WC
‑
Co/Ni/Fe硬质合金复合材料粉体中WC晶粒度为0.1～3μm。5.一种3D打印方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、按照权利要求1～4任一项所述的用于3D打印的硬质合金材料体系提供原料，混合均匀，得到预混料，放置在打印料仓中；S2、对打印件三维结构按照设定层厚进行逐层切片处理，定义打印参数，打...

【专利技术属性】
技术研发人员：李狮弟，孟晓燕，邓欣，刘金洋，屈志，金枫，闫国栋，
申请(专利权)人：四川卓华增材制造有限责任公司广东峰华卓立科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：