一种粘结剂喷射3D打印制备WC-Co硬质合金的方法技术

本发明专利技术涉及WC

【技术实现步骤摘要】
一种粘结剂喷射3D打印制备WC
‑
Co硬质合金的方法


[0001]本专利技术涉及WC
‑
Co硬质合金制备
，尤其涉及一种粘结剂喷射3D打印制备WC
‑
Co硬质合金的方法。

技术介绍

[0002]硬质合金是由如Fe，Co，Ni等金属粘结相和如WC，TaC，VC等金属碳化物组成。由硬质化合物WC和韧性粘结剂Co组成WC
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Co系硬质合金占合金系统的一半以上。其优异的硬度、韧性、强度、抗磨损性能的结合，使WC
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Co成为制造各种耐磨部件的首选材料。对与传统粉末冶金方法而言，从模具制作到机械加工，制备具有复杂形状的WC
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Co硬质合金部件是非常繁琐和昂贵的。然而，Additive Manufacting技术为这一系列复杂流程提供了一种颠覆性的方案。AM通过添加材料来生产零部件，无需模具成本直接成型，使得几何自由度和生产量大幅度提高。适用于金属的AM技术包括SLS，SLM，SEBM等，相比较这些与能量直接结合产生复杂冶金过程的AM技术，粘结剂喷射3D打印(BJ3DP)在低温下成型，采用粘结剂喷头选择性的喷出聚合物粘结剂，将粉末和粉末层粘结在一起，经过固化后形成“生坯”，随后可采用多种方式进行烧结。这种冷成型AM技术制备的WC
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Co硬质合金避免了高能激光引起过热从而产生热裂纹，高温翘曲等缺陷。
[0003]目前，已有研究人员通过BJ3DP制备了WC
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12％Co复合粉末生坯，经烧结和热等静压后得到了与SANDVIK公司制备的中等晶粒WC
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12％Co合金相似的性能，但产品的收缩没有得到控制，达到了接近25％。与直接打印和烧结合金生坯相比，采用Co熔体渗透WC骨架来代替烧结的方式制备了WC
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Co硬质合金，Co熔化后填补了粉末颗粒间的空隙，显著减小了硬质合金的收缩。但是这种方法需要预先烧结WC骨架，否则Co渗透过程中会导致生坯的垮塌，使得部件很难保持原有的形状。长时间的预烧结将带来WC颗粒的长大，并且会生成烧结颈或闭孔，使得熔体不均匀地渗透。Co的放置位于WC骨架的顶部或底部，在高度方向上会导致成分分布的不均匀现象，顶部与底部这些长时间浸润在大量Co熔体中的区域，相较于其他区域也更容易产生变形。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种粘结剂喷射3D打印制备WC
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Co硬质合金的方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案
[0006]一种粘结剂喷射3D打印制备WC
‑
Co硬质合金的方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1：打印制得WC生坯、固化并计算WC生坯密度。
[0008]在所述步骤1中，将WC粉体加入到3D打印机的料斗中打印，所述WC粉体的松装密度为7.5
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10.5g/cm3，打印参数分别为粘结剂饱和度为50％
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80％，层厚为60μm
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100μm，粉末床温度为45℃
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60℃，干燥时间为7
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14s，WC生坯的长度范围设定为10
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15mm，宽度设置为10
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15mm，高度为2
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5mm，打印完成后得到的WC生坯进行固化，打印完成的WC生坯在180℃
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220℃
的环境下进行固化，固化时间为3h
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5h，去除粘结剂中的水分，测得WC生坯平均质量为在4
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12g，可根据质量除以体积算出WC生坯的致密度范围为60％
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75％(理论密度15.6g/cm3)。
[0009]步骤2：打印制得Co生坯、固化并计算Co生坯密度。
[0010]将Co粉体加入到3D打印机的料斗中进行打印，打印参数分别为粘结剂饱和度为50％
‑
80％，层厚为60
‑
100μm，粉末床温度为45℃
‑
60℃，干燥时间为7s
‑
14s，Co生坯的长度、宽度与WC生坯的长度、宽度保持一致，打印制得CO生坯,将上述CO生坯进行固化，所述CO生坯在180℃
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220℃进行固化，固化时间为3h
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5h，去除粘结剂中的水分。测得Co生坯的平均质量为0.3
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0.85g，可根据质量除以体积算出Co生坯的致密度为68％～75％(理论密度8.9g/cm3)。
[0011]步骤3：对WC生坯、Co生坯进行叠加，并进行脱脂、烧结+HIP。
[0012]根据WC生坯的密度与所需的Co含量，将相应的WC生坯和Co生坯叠加，在脱脂炉中脱脂，在脱脂炉中保温时长1h，且脱脂炉的温度为600
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650℃，随后进行烧结，所述烧结温度温度为1520℃
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1540℃，随后通入Ar后保温，通入的Ar压力为2MPa
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4MPa，保温时间为30min
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60min，最后随炉冷却至室温，得到WC
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Co硬质合金。
[0013]本专利技术的有益效果是：
[0014]本专利技术结合了BJ3DP和熔渗技术的优点，采取特殊的分层方式，提供了一种无需WC骨架预烧结，在保证形状保持率高，收缩小，组织均匀等要求下，一步熔渗Co得到WC
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Co硬质合金的方法，可满足对复杂样品的制备。
[0015]本专利技术采用分层设计取代了将Co块放置在顶部或底部进行熔渗的方法，将Co平均分配，保证每层WC之间至少隔着一层Co，使Co熔体在WC的整个平面上均匀分布，最大限度的减少Co向周围WC渗透的时间，同时上下层WC“生坯”中适量的Co不会造成WC生坯的坍塌变形。通过本专利技术提出的方法能够制备出收缩小、形状保持高、组织均匀且具有优良性能的复杂形状硬质合金制品。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。在附图中：
[0017]图1是WC和Co生坯叠加后的产品，分为单层WC和两层Co叠加、单层WC和单层Co相叠加。
[0018]图2是所制备的生坯叠加后和烧结后样品的宏观图片，从左至右分别是烧结样品经打磨后的顶部、样品未经打磨的侧面、样品经打磨的侧面、以及Co和WC的生坯。
[0019]图3是WC
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25％Co样品高倍下的SEM。
具体实施方式
[0020]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粘结剂喷射3D打印制备WC
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Co硬质合金的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：打印制得WC生坯、固化并计算WC生坯密度；步骤2：打印制得Co生坯、固化并计算Co生坯密度；步骤3：对WC生坯、Co生坯进行叠加，并进行脱脂、烧结+HIP，最终制得WC
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Co硬质合金。2.根据权利要求1所述的一种粘结剂喷射3D打印制备WC
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Co硬质合金的方法，其特征在于：在所述步骤1中，将WC粉体加入到3D打印机的料斗中打印，打印参数分别为粘结剂饱和度为50％
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80％，层厚为60μm
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100μm，粉末床温度为45℃
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60℃，干燥时间为7
‑
14s，WC生坯的长度范围设定为10
‑
15mm，宽度设置为10
‑
15mm，高度为2
‑
5mm，打印完成后得到的WC生坯进行固化，去除粘结剂中的水分。测得WC生坯平均质量为在4
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12g，可根据质量除以体积算出WC生坯的致密度范围为60％
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75％。3.根据权利要求2所述的一种粘结剂喷射3D打印制备WC
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Co硬质合金的方法，其特征在于：所述WC粉体的松装密度为7.5
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10.5g/cm3。4.根据权利要求2所述的一种粘结剂喷射3D打印制备WC
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Co硬质合金的方法，其特征在于：打印完成的WC生坯在180℃
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220℃的环境下进行固化，固化时间为3h
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5h。5.根据权利要求1
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4任一所述的一种粘结剂喷射3D打印制备WC
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Co硬质合金的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗来马，汤俊宇，吴玉程，昝祥，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：