一种利用激光3D打印技术制备的耐磨复合材料及方法技术

本发明专利技术公开了一种利用激光3D打印技术制备的耐磨复合材料及方法，包括金属基体相、增强相颗粒和过渡金属，过渡金属覆盖于增强相颗粒表面，且增强相颗粒分散于金属基体相中；金属基体相为钴、钴合金、镍或镍合金，增强相颗粒为金刚石颗粒和碳化硅颗粒，过渡金属为钨或铬，金属基体相质量分数为70％

【技术实现步骤摘要】
一种利用激光3D打印技术制备的耐磨复合材料及方法


[0001]本专利技术涉及耐磨复合材料
，尤其涉及一种利用激光3D打印技术制备的耐磨复合材料及方法。

技术介绍

[0002]耐磨材料主要包括金属及其合金、非金属(陶瓷、塑料)以及金属陶瓷复合材料。美国金属陶瓷研究委员会(ASTM)给金属陶瓷复合材料下的定义是：“一种由金属或合金与一种或多种陶瓷相组成的非均质的复合材料，其中后者约占15到85体积百分率，同时在制备温度下，金属相与陶瓷相间的溶解度是较微末的。”理论上，金属陶瓷复合材料兼具金属与陶瓷的优点，如硬度高、熔点高、刚度强、化学稳定性好等特点。随着工业的高速发展，金属陶瓷复合材料是耐磨材料的发展趋势。耐磨材料常用的制备方法有粉末冶金法、铸造法等。粉末冶金法是将陶瓷粉末和金属粉末混合均匀后，加入一定量的成形剂进行造粒，压制成型后进行烧结。但是单一采用粉末冶金法难以得到最好的性能。铸造法制备复合材料具有成本低廉、工艺简单灵活的优点，但是成形后晶粒粗大，组织缺陷较多，存在较大的残余应力，不利于复合材料的耐磨性。因此，开发耐磨材料的先进成形技术已成为研究热点之一。
[0003]目前，激光3D打印是一种基于增材制造思想的近净成形技术，它是利用激光热源对粉末进行烧结或熔化而制备出任意形状的制件，其成形不受材料熔点等因素的限制，可以实现三维复杂造型结构件或功能梯度材料的整体近净成形，而且所制备材料具有优异的力学性能和化学性能。激光3D打印极速加热与冷却的特点，使成形材料具有细小晶粒和致密组织，既有利于耐磨性的提升，又可省去传统粉末冶金法所需的二次加工配合，能够真正实现数字化、智能化加工。因此，利用激光3D打印成形技术制备金刚石增强金属陶瓷复合材料具有广阔的应用前景。
[0004]而利用激光3D打印技术制备金刚石增强金属陶瓷复合材料存在的问题是，金刚石颗粒与一般金属及陶瓷相都不发生反应也几乎不互溶，摩擦过程中容易发生颗粒脱落降低耐磨性。

技术实现思路

[0005]针对上述问题中存在的不足之处，本专利技术提供一种利用激光3D打印技术制备的耐磨复合材料及方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种利用激光3D打印技术制备的耐磨复合材料，包括：
[0007]金属基体相、增强相颗粒和过渡金属，所述过渡金属覆盖于所述增强相颗粒表面，且所述增强相颗粒分散于所述金属基体相中；
[0008]其中，所述金属基体相为钴、钴合金、镍或镍合金，所述增强相颗粒为金刚石颗粒和碳化硅颗粒，所述过渡金属为钨或铬，所述金属基体相质量分数为70％
‑
89％，所述金刚石颗粒质量分数为5％
‑
10％，所述碳化硅颗粒质量分数为5％
‑
15％，所述过渡金属质量分
数为1％
‑
5％。
[0009]优选的是，所述金刚石颗粒通过磁控溅射法将所述过渡金属覆盖于所述金刚石颗粒表面。
[0010]本专利技术还提供一种利用激光3D打印技术制备耐磨复合材料的方法，包括：
[0011]筛选合适的增强相颗粒，所述增强相颗粒为金刚石颗粒和碳化硅颗粒；
[0012]利用磁控溅射法对所述金刚石颗粒表面进行改性；
[0013]将改性后的所述金刚石颗粒、所述碳化硅颗粒和金属基体进行混合，得到混合材料；
[0014]利用激光熔化3D打印技术将所述混合材料制备获得复合材料。
[0015]优选的是，所述金刚石颗粒尺寸为40
‑
60μm，纯度不低于99.99％，所述碳化硅颗粒粒径为15
‑
65μm，所述金属基体粒径为15
‑
65μm，纯度不低于99.9％。
[0016]优选的是，利用磁控溅射法对所述金刚石颗粒表面进行改性包括：
[0017]采用过渡金属作为溅射靶材，利用磁控溅射方法在所述金刚石颗粒表面镀覆一定厚度的过渡金属层；
[0018]其中，磁控溅射机抽真空至1
×
10
‑3Pa，通入溅射纯Ar气，溅射功率为320W；所述为溅射靶材与所述金刚石颗粒的距离为60mm，沉积速率0.2nm/s。
[0019]优选的是，所述过渡金属为钨或铬，纯度为99.9wt％。
[0020]优选的是，将改性后的所述金刚石颗粒、所述碳化硅颗粒和金属基体进行混合，得到混合材料包括：
[0021]将所述金属基体与改性后的所述金刚石颗粒、所述碳化硅颗粒按照所述金属基体质量分数为70％
‑
89％、改性后的所述金刚石颗粒质量分数为5％
‑
10％、所述碳化硅颗粒质量分数为5％
‑
15％的比例进行机械混合。
[0022]优选的是，所述激光熔化3D打印技术中的工艺参数包括：扫描速度为300
‑
900mm/s，扫描间距为0.04mm
‑
0.08mm，激光功率为110W
‑
200W。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0024]本专利技术采用激光3D打印技术制造金刚石增强金属陶瓷耐磨材料，即采用金刚石进一步强化SiC基金属陶瓷材料，实现超强的耐磨性能，并且提升材料的导热能力，能够在加工和应用过程中保护材料，提升服役寿命；通过添加钨或铬作为过渡金属，改善金刚石与金属基体的界面结合性，提高金刚石与金属基体的结合强度，同时提升材料的加工性能。
附图说明
[0025]图1是一实施例金刚石增强碳化硅钴基复合材料的SEM图。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，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，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，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的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。
[0027]下面结合附图1对本专利技术做进一步的详细描述：
[0028]本专利技术提供一种利用激光3D打印技术制备的耐磨复合材料，包括：
[0029]金属基体相、增强相颗粒和过渡金属，过渡金属覆盖于增强相颗粒表面，且增强相颗粒分散于金属基体相中；
[0030]其中，金属基体相为钴、钴合金、镍或镍合金，增强相颗粒为金刚石颗粒和碳化硅颗粒，过渡金属为钨或铬，金属基体相质量分数为70％
‑
89％，金刚石颗粒质量分数为5％
‑
10％，碳化硅颗粒质量分数为5％
‑
15％，过渡金属质量分数为1％
‑
5％。
[0031]进一步地，金刚石颗粒通过磁控溅射法将过渡金属覆盖于金刚石颗粒表面。
[0032]在本实施例中，利用激光3D打印技术制备耐磨复合材料的方法，包括：
[0033]筛选合适的增强相颗粒，增强相颗粒为金刚石颗粒和碳化硅颗粒，金刚石颗粒尺寸为4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用激光3D打印技术制备的耐磨复合材料，其特征在于，包括金属基体相、增强相颗粒和过渡金属，所述过渡金属覆盖于所述增强相颗粒表面，且所述增强相颗粒分散于所述金属基体相中；其中，所述金属基体相为钴、钴合金、镍或镍合金，所述增强相颗粒为金刚石颗粒和碳化硅颗粒，所述过渡金属为钨或铬，所述金属基体相质量分数为70％
‑
89％，所述金刚石颗粒质量分数为5％
‑
10％，所述碳化硅颗粒质量分数为5％
‑
15％，所述过渡金属质量分数为1％
‑
5％。2.根据权利要求1所述的利用激光3D打印技术制备的耐磨复合材料，其特征在于，所述金刚石颗粒通过磁控溅射法将所述过渡金属覆盖于所述金刚石颗粒表面。3.一种根据权利要求1或2所述的利用激光3D打印技术制备耐磨复合材料的方法，其特征在于，包括：筛选合适的增强相颗粒，所述增强相颗粒为金刚石颗粒和碳化硅颗粒；利用磁控溅射法对所述金刚石颗粒表面进行改性；将改性后的所述金刚石颗粒、所述碳化硅颗粒和金属基体进行混合，得到混合材料；利用激光熔化3D打印技术将所述混合材料制备获得复合材料。4.根据权利要求3所述的利用激光3D打印技术制备的耐磨复合材料的方法，其特征在于，所述金刚石颗粒尺寸为40
‑
60μm，纯度不低于99.99％，所述碳化硅颗粒粒径为15
‑
65μm，所述金属基体粒径为15
‑
65μm，纯度...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫岸如，王智勇，刘旭，王肖博，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：