复合超硬零件及其生产工艺制造技术

本发明专利技术涉及复合超硬零件及其生产工艺，本发明专利技术的复合超硬零件在生产时，主要采用3D打印的方式打印成型出聚晶金刚石部分或者聚晶金刚石部分以及硬质合金部分，然后再进行烧结制得零件成品，如此复合超硬零件的形状将不受传统工艺的限制，极大的扩展了复合超硬零件形状、结构的可变性，同时也为满足一些复合超硬零件的特殊性能需求提供了工艺支持。零件的特殊性能需求提供了工艺支持。零件的特殊性能需求提供了工艺支持。

【技术实现步骤摘要】
复合超硬零件及其生产工艺


[0001]本专利技术涉及金属粉末加工领域，尤其涉及复合超硬零件及其生产工艺。

技术介绍

[0002]复合超硬材料因为包含有金刚石层，而能够体现出硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，广泛应用于工业生产和制造领域，其涉及的产品有石油钻采用聚晶金刚石复合片、机加工用超硬刀具、拉丝模，甚至高耐磨轴承等。随着复合超硬材料的应用领域和场合不断扩展，其产品形式也不断增多，传统的复合超硬零件的生产工艺，已经极大的限制了复合超硬材料所应用的产品的形状、结构以及性能。因此，如何打破复合超硬零件生产工艺的局限性，对于进一步推广和扩展复合超硬材料的应用十分关键。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种用于复合超硬材料的3D打印方法，用于解决现有的复合超硬零件结构受限的问题。
[0004]本专利技术的目的还在于提供一种复合超硬刀具生产工艺，用以解决现有的复合超硬刀具生产工艺所导致的刀具结构局限性较大的问题，同时还提供了使用该复合超硬刀具生产工艺所制得的复合超硬刀片。
[0005]本专利技术的目的还在于提供一种聚晶金刚石复合片生产工艺，以解决现有的聚晶金刚石复合片生产工艺所导致的复合片性能受限的问题，同时本专利技术还提供了使用该聚晶金刚石复合片生产工艺制得的聚晶金刚石复合片。
[0006]本专利技术的目的还在于提供一种拉丝模生产工艺，用以解决现有的拉丝模生产工艺所导致的拉丝模承力性能不佳、受用寿命短的问题，同时还提供了使用该拉丝模生产工艺所制得的拉丝模。
[0007]本专利技术的目的还在于提供一种超硬轴承滚动件的生产工艺，用以解决现有的超硬轴承滚动件生产工艺的局限性而无法制造出结构性能优异的滚动体的问题，同时本专利技术还提供了使用该超硬轴承滚动件生产工艺制得的超硬轴承滚动件。
[0008]本专利技术的目的还在于提供一种具有梯度的聚晶金刚石烧结体的生产工艺，以解决现有生产工艺制得的聚晶金刚石烧结体性能不佳的问题，同时本专利技术还提供了使用该具体梯度的聚晶金刚石烧结体的生产工艺制得的聚晶金刚石烧结体。
[0009]本专利技术的用于复合超硬材料的3D打印方法，具体包括以下步骤：
[0010]混料，将复合超硬材料原料所包括的前驱体粉料以及成型剂混合均匀；
[0011]造粒，将混合均匀的原料放入造粒机中制出所需大小的颗粒状原料；
[0012]拉丝，将颗粒状原料放入挤出机中进行拉丝，制得丝状原料；
[0013]打印，将丝状原料送入3D打印机中进行打印，制得所需形状、结构的坯体。
[0014]本专利技术的用于复合超硬材料的3D打印方法，开拓式的将复合超硬材料原料进行打印，通过混料、造粒、拉丝，能够将复合超硬材料原料充分的混合均匀，在将通过拉丝制得的
丝状原料送入打印机中进行3D打印时，能够打印出结构更加多变的复合超硬零件坯体，如此复合超硬零件的形状将不受传统工艺的限制，极大的扩展了复合超硬零件形状结构的变形性，同时也为满足一些复合超硬零件的特殊性能需求提供了工艺支持，而且打印出的每一层质地均匀，保证了复合超硬零件力学性能的稳定。
[0015]进一步的，复合超硬材料原料包括用于打印成型金刚石层部分的金刚石层原料以及用于打印成型硬质合金部分的硬质合金层原料。如此，能够打印出包含硬质合金部分和金刚石层部分的复合超硬零件，大大简化了既包含硬质合金部分，又包含金刚石层部分的复合超硬零件的制造工艺，使得复合超硬零件的结构更加灵活多变。
[0016]进一步的，金刚石层原料包括前驱体粉料以及成型剂，所述金刚石层原料的前驱体粉料包括金属粉和金刚石微粉，金属粉包括WC和Co。如此能够打印出金属粉和金刚石微粉比例不同的打印层，使得复合超硬零件的内部质地更加灵活，便于满足复合超硬零件的使用需求。
[0017]进一步的，WC粉和Co粉的粉末粒度不超过2um，金刚石微粉的粒度在0.1
‑
100um之间。如此能够使打印出的复合超硬零件质地更加均匀。
[0018]进一步的，硬质合金层原料均包括前驱体粉料以及成型剂，所述硬质合金层原料的前驱体粉料包括WC、Co，Co质量比在5
‑
15％，WC质量比在95
‑
85％。这样制得的复合超硬零件的硬质合金部分结构性能和力学性能更好。
[0019]进一步的，根据硬质合金部分的不同使用需求，硬质合金层原料均包括前驱体粉料以及成型剂，所述硬质合金层原料的前驱体粉料包括WC、Co以及辅助添加剂，Co质量比在0
‑
20％，WC质量比在60
‑
99.9％，辅助添加剂的质量比在0.1
‑
20％，所述辅助添加剂为Ni、Cr、Mo中的至少一种。
[0020]进一步的，混料包括预混料和密炼混料，预混料在转子混料机中进行，密炼混料在密炼机中进行。采用现有的设备进行两个阶段的混料，方便实施，能够保证混料均匀。
[0021]进一步的，在密炼混料过程中，密炼温度在100
‑
200℃，密炼时间在1
‑
10h，以使橡胶、石蜡、聚乙二醇中的至少一种构成的成型剂融化。如此能够保证成型剂充分融化，进而使复合超硬材料原料形成均匀的浆料，保证最终的打印质量。
[0022]进一步的，在打印时，将丝状原料通过3D打印机进行打印，打印机喷嘴直径在1.75/0.4mm，喷头工作温度为260℃，打印速度为20
‑
150mm/s，每层打印厚度在0.1
‑
3mm。这样的打印方式能够保证打印出的复合超硬零件形状规则、质地均匀，使最终制得的复合超硬零件性能优越。
[0023]进一步的，所述成型剂为水、橡胶、石蜡、聚乙二醇中的至少一种。这样可根据不同成分和配比的前驱体粉料灵活选择成型剂，工艺选择更加灵活。
[0024]本专利技术的复合超硬刀具生产工艺，包括以下步骤：
[0025]将复合超硬材料原料通过3D打印打印成型出所需形状、结构的复合超硬材料坯体；
[0026]烧结复合超硬材料坯体；
[0027]或者，
[0028]在预制基体上将复合超硬材料原料通过3D打印打印成型出所需形状、结构的超硬材料部分；
[0029]将预制基体及打印成型出的超硬材料部分一同烧结；
[0030]或者，
[0031]将复合超硬材料原料通过3D打印打印成型出所需形状、结构的超硬材料部分；
[0032]将超硬材料部分置于预制基体上，并将两者一同烧结。
[0033]这种复合超硬刀具生产工艺打破了原有生产工艺的设计思维，开拓式的采用打印的方式制得所需形状和结构的坯体，再进行烧结即可制得所需形状和结构的复合超硬刀片，如此复合超硬刀片的形状将不受传统工艺的限制，大大提高了制得的复合超硬刀片结构可变性，为满足不同使用场合和使用需求的复合超硬刀片的生产提供了可行方案。
[0034]进一步的，复合超硬材料原料包括前驱体粉料以及成型剂，成型剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于复合超硬材料的3D打印方法，其特征是，具体包括以下步骤：混料，将复合超硬材料原料所包括的前驱体粉料以及成型剂混合均匀；造粒，将混合均匀的原料放入造粒机中制出所需大小的颗粒状原料；拉丝，将颗粒状原料放入挤出机中进行拉丝，制得丝状原料；打印，将丝状原料送入3D打印机中进行打印，制得所需形状、结构的坯体。2.根据权利要求1所述的用于复合超硬材料的3D打印方法，其特征是，复合超硬材料原料包括用于打印成型金刚石层部分的金刚石层原料以及用于打印成型硬质合金部分的硬质合金层原料。3.根据权利要求2所述的用于复合超硬材料的3D打印方法，其特征是，金刚石层原料包括前驱体粉料以及成型剂，所述金刚石层原料的前驱体粉料包括金属粉和金刚石微粉，金属粉包括WC和Co。4.根据权利要求3所述的用于复合超硬材料的3D打印方法，其特征是，WC粉和Co粉的粉末粒度不超过2um，金刚石微粉的粒度在0.1
‑
100um之间。5.根据权利要求2所述的用于复合超硬材料的3D打印方法，其特征是，硬质合金层原料均包括前驱体粉料以及成型剂，所述硬质合金层原料的前驱体粉料包括WC、Co，Co质量比在5
‑
15％，WC质量比在95
‑
85％。6.根据权利要求2所述的用于复合超硬材料的3D打印方法，其特征是，硬质合金层原料均包括前驱体粉料以及成型剂，所述硬质合金层原料的前驱体粉料包括WC、Co以及辅助添加剂，Co质量比在0
‑
20％，WC质量比在60
‑
99.9％，辅助添加剂的质量比在0.1
‑
20％，所述辅助添加剂为Ni、Cr、Mo中的至少一种。7.根据权利要求1
‑
6任意一项所述的用于复合超硬材料的3D打印方法，其特征是，混料包括预混料和密炼混料，预混料在转子混料机中进行，密炼混料在密炼机中进行。8.根据权利要求7所述的用于复合超硬材料的3D打印方法，其特征是，在密炼混料过程中，密炼温度在100
‑
200℃，密炼时间在1
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10h，以使橡胶、石蜡、聚乙二醇中的至少一种构成的成型剂融化。9.根据权利要求1
‑
6任意一项所述的用于复合超硬材料的3D打印方法，其特征是，在打印时，将丝状原料通过3D打印机进行打印，打印机喷嘴直径在1.75/0.4mm，喷头工作温度为260℃，打印速度为20
‑
150mm/s，每层打印厚度在0.1
‑
3mm。10.根据权利要求1
‑
6任意一项所述的用于复合超硬材料的3D打印方法，其特征是，所述成型剂为水、橡胶、石蜡、聚乙二醇中的至少一种。11.一种复合超硬刀具生产工艺，其特征是，包括以下步骤：将复合超硬材料原料通过3D打印打印成型出所需形状、结构的复合超硬材料坯体；烧结复合超硬材料坯体；或者，在预制基体上将复合超硬材料原料通过3D打印打印成型出所需形状、结构的超硬材料部分；将预制基体及打印成型出的超硬材料部分一同烧结；或者，将复合超硬材料原料通过3D打印打印成型出所需形状、结构的超硬材料部分；
将超硬材料部分置于预制基体上，并将两者一同烧结。12.根据权利要求11所述的复合超硬刀具生产工艺，其特征是，复合超硬材料原料包括前驱体粉料以及成型剂，成型剂用于使前驱体粉料混合均匀。13.根据权利要求12所述的复合超硬刀具生产工艺，其特征是，所述成型剂为水、橡胶、石蜡、聚乙二醇中的至少一种。14.根据权利要求12所述的复合超硬刀具生产工艺，其特征是，在进行烧结前，去除坯体中的成型剂。15.根据权利要求11所述的复合超硬刀具生产工艺，其特征是，复合超硬材料坯体包括金刚石层部分，金刚石层部分的多层打印面中，有至少两层打印面所使用的原料配方不同。16.根据权利要求15所述的复合超硬刀具生产工艺，其特征是，金刚石层部分的多层打印面沿打印顺序分为多组，相邻组打印面所使用的原料配方不同。17.根据权利要求11所述的复合超硬刀具生产工艺，其特征是，复合超硬材料坯体包括硬质合金部分，硬质合金部分的多层打印面中，有至少两层打印面所使用的原料配方不同。18.根据权利要求17所述的复合超硬刀具生产工艺，其特征是，硬质合金部分的多层打印面沿打印方向分为多组，相邻组打印面所使用的原料配方不同。19.根据权利要求11所述的复合超硬刀具生产工艺，其特征是，超硬材料部分包括金刚石层部分，金刚石层部分的多层打印面中，有至少两层打印面所使用的原料配方不同。20.根据权利要求19所述的复合超硬刀具生产工艺，其特征是，金刚石层部分的多层打印面沿打印方向分为多组，相邻组打印面所使用的原料配方不同。21.根据权利要求11
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14任意一项所述的复合超硬刀具生产工艺，其特征是，复合超硬材料坯体包括金刚石层部分和硬质合金层部分，复合超硬材料原料包括用于打印成型金刚石层部分的金刚石层原料以及用于打印成型硬质合金部分的硬质合金层原料。22.根据权利要求21所述的复合超硬刀具生产工艺，其特征是，金刚石层部分的多层打印面中，有至少两层打印面所使用的原料配方不同。23.根据权利要求11所述的复合超硬刀具生产工艺，其特征是，所述3D打印采用如权利要求1
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10任意一项所述的用于复合超硬材料的3D打印方法。24.一种聚晶金刚石复合片生产工艺，其特征是，包括以下步骤：通过3D打印打印成型出包含金刚石层和硬质合金层的复合片烧结坯体；对复合片烧结坯体进行烧结；或者，将聚晶金刚石层前驱体原料通过3D打印打印成型出所需形状、结构的金刚石层坯体；将金刚石层坯体置于预制的硬质合金基体上，形成复合片烧结坯体；烧结所述复合片烧结坯体；或者，在预制硬质合金基体的端面，将聚晶金刚石层前驱体原料通过3D打印打印成型出所需形状、结构的金刚石层坯体；将预制硬质合金基体和金刚石层坯体共同形成的复合片烧结坯体进行烧结。25.根据权利要求24所述的聚晶金刚石复合片生产工艺，其特征是，通过3D打印成型出的复合片烧结坯体包括基体部分和处于基体部分端部的表层部分，所述基体部分包括硬质合金层，所述表层部分包括所述金刚石层。
26.根据权利要求25所述的聚晶金刚石复合片生产工艺，其特征是，所述表层部分包括硬质合金层，且硬质合金层处于相邻两金刚石层之间。27.根据权利要求26所述的聚晶金刚石复合片生产工艺，其特征是，表层部分的金刚石层的多层打印面中，有至少两层打印面所使用的原料配方不同。28.根据权利要求24所述的聚晶金刚石复合片生产工艺，其特征是，打印复合片烧结坯体的原料包括前驱体粉料以及成型剂，成型剂用于使前驱体粉料混合均匀并相互粘结；聚晶金刚石层前驱体原料包括前驱体粉料以及成型剂，成型剂用于使前驱体粉料混合均匀并相互粘结。29.根据权利要求28所述的聚晶金刚石复合片生产工艺，其特征是，所述成型剂为水、橡胶、石蜡、...

【专利技术属性】
技术研发人员：方海江，赵东鹏，耿菖健，高华，李锦程，
申请(专利权)人：河南四方达超硬材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：