一种光固化打印硬质合金刀具及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种光固化打印硬质合金刀具及其制备方法，属于硬质合金材料技术领域，该制备方法包括如下步骤：S1.将硬质合金粉末、改性粉末和分散剂混合，得到改性硬质合金粉末；改性粉末包括铜粉、纳米稀土氧化物、石墨烯、多壁碳纳米管和SiC晶须；S2.将活性稀释剂、低聚物和光引发剂混合，得到光敏树脂体系；S3.将改性硬质合金粉末和光敏树脂体系进行球磨混合，得到硬质合金浆料；S4.将硬质合金浆料进行光固化打印，得到硬质合金刀具坯体；S5.将硬质合金刀具坯体进行脱脂、烧结，得到硬质合金刀具。本发明专利技术提供的制备方法工艺简单，无需模具即可制备得到结构复杂、成形精度高、表面质量高、性能优异的硬质合金刀具。性能优异的硬质合金刀具。性能优异的硬质合金刀具。

【技术实现步骤摘要】
一种光固化打印硬质合金刀具及其制备方法


[0001]本专利技术属于硬质合金材料
，特别涉及一种光固化打印硬质合金刀具及其制备方法。

技术介绍

[0002]硬质合金刀具有高强度、高硬度和高耐冲击韧性以及优良的耐高温性能，能够实现高效率和高精度的零件加工，在机械加工领域有着广泛应用；传统的硬质合金刀具制备方法主要是粉末烧结以及一系列后处理过程，该制备过程冗杂、周期长且难以实现复杂结构刀具的制备。
[0003]近些年兴起的增材制造技术如选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)、电子束融化(SEBM)、凝胶打印(3DGP)等，因其制备流程简单和周期短等优势，激起了研究人员的广泛关注。然而，选择性激光熔化和选择性激光烧结技术制备硬质合金刀具存在粘结相蒸发和较大的残余应力，且电子束熔化和凝胶打印技术制备的硬质合金刀具综合性能较差，难以满足工程化的需求。
[0004]中国专利技术专利CN202010312069.3，CN201811282687.7等公开了硬质合金刀具的制备方法，这些专利采用传统的粉末冶金，干压等方法制备刀具，过度依赖于模具且制备条件苛刻，烧结温度高，难以实现批量化生产；因此，急需提供一种制备工艺简单，可批量生产的硬质合金刀具的制备方法。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本专利技术提供了一种光固化打印硬质合金刀具及其制备方法，本专利技术提供的制备方法工艺简单，无需模具即可制备得到结构复杂、成形精度高、表面质量高、性能优异的硬质合金刀具，可实现批量生产，满足不同需求。
[0006]本专利技术在第一方面提供了一种光固化打印硬质合金刀具的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0007]S1.将硬质合金粉末、改性粉末和分散剂混合，得到改性硬质合金粉末；所述改性粉末包括铜粉、纳米稀土氧化物、石墨烯、多壁碳纳米管和SiC晶须；
[0008]S2.将活性稀释剂、低聚物和光引发剂混合，得到光敏树脂体系；
[0009]S3.将所述改性硬质合金粉末和所述光敏树脂体系进行球磨混合，得到硬质合金浆料；
[0010]S4.将所述硬质合金浆料进行光固化打印，得到硬质合金刀具坯体；
[0011]S5.将所述硬质合金刀具坯体进行脱脂、烧结，得到所述光固化打印硬质合金刀具。
[0012]优选地，所述硬质合金粉末包括硬质相粉末和粘结相粉末；所述硬质相粉末和所述粘结相粉末的质量比为(70～97):(3～30)；
[0013]优选的是，所述硬质相粉末为碳化钨粉、碳化钛粉、碳化钽粉、碳化铌粉中的至少一种；所述粘结相粉末为钴粉和/或镍粉；
[0014]更优选的是，所述硬质相粉末的粒径为0.8～15μm；所述粘结相粉末的粒径为1.0～15μm。
[0015]优选地，当所述硬质相粉末粒径为0.8～1.5μm时，所述改性粉末还包括晶粒长大抑制剂；优选的是，所述晶粒长大抑制剂的用量不超过改性硬质合金粉末质量的1％；更优选的是，所述晶粒长大抑制剂为VC和/或Cr3C2。
[0016]优选地，所述铜粉的用量占所述改性硬质合金粉末质量的0.1～0.4％，优选为0.4％；
[0017]所述纳米稀土氧化物的含量为所述改性硬质合金粉末质量的0.3～0.7％，优选为0.4％；
[0018]所述石墨烯的含量为所述改性硬质合金粉末质量的0.02～0.15％，优选为0.1％；
[0019]所述多壁碳纳米管的含量为所述改性硬质合金粉末质量的0.04～0.08％，优选为0.08％；和/或
[0020]所述SiC晶须的含量为所述改性硬质合金粉末质量的0.20～0.90％，优选为0.6％；
[0021]所述分散剂的含量为所述改性硬质合金粉末质量的2～5％。
[0022]优选地，所述纳米稀土氧化物为纳米Y2O3、纳米Ce2O3、纳米Nd2O3中的一种，优选为纳米Ce2O3；
[0023]所述铜粉的粒径为0.8～15μm；
[0024]所述纳米稀土氧化物的粒径为10～60nm；
[0025]所述石墨烯的厚度为1～10nm，长度为10～30μm；
[0026]所述多壁碳纳米管直径为15～30nm，长度为10～30μm；和/或
[0027]所述SiC晶须直径为0.1～0.5μm，长度为10～50μm。
[0028]优选地，在所述光敏树脂体系中，所述活性稀释剂和所述低聚物的质量比为(30～80):(20～70)；
[0029]所述光引发剂的含量为所述光敏树脂体系总质量的1～7％；和/或
[0030]所述光敏树脂体系和所述硬质合金粉末质量比为(10～30):(90～70)。
[0031]优选地，所述分散剂为KOS2000、KOS163、KH
‑
550、KH
‑
560、KH
‑
570中的至少一种；
[0032]所述活性稀释剂为(2)丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯、4
‑
丙烯酰吗啉、丙烯酰胺、丙烯酸、1,6
‑
己二醇二丙烯酸酯中的一种或多种；
[0033]所述低聚物为9,10
‑
二苯基蒽、聚氨酯丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚酰胺丙烯酸酯中的一种或多种；和/或
[0034]所述光引发剂为2
‑
苯基苄
‑2‑
二甲基胺
‑1‑
(4
‑
吗啉苄苯基)丁酮、1
‑
羟环己基苯酮、2,2
‑
二甲氧基
‑2‑
苯基苯乙酮、4
‑
二甲氨基
‑
苯甲酸乙酯、2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基
‑
二苯基氧化膦中的一种或多种。
[0035]优选地，所述球磨混合的时间为3～36h，球料比为(2～8):1，球磨速度为60～300r/min。
[0036]所述光固化打印过程中紫外光照灯的波长为305～405nm，光照亮度为200～250，
单层光照时间为15～25s；和/或
[0037]所述脱脂和所述烧结均在惰性气体保护下进行，惰性气体的气流量为100～200mL/min。
[0038]优选地，所述脱脂的温度为300～600℃，升温速率为0.5～1℃/min；
[0039]所述烧结的温度为1200～1500℃，压强为30～60bar，升温速率为4～10℃/min。
[0040]本专利技术在第二方面提供了一种硬质合金刀具，采用上述第一方面所述的制备方法制备得到。
[0041]本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：
[0042]本专利技术通过将改性粉末(纳米稀土氧化物、铜粉、石墨烯、多壁碳纳米管以及碳化硅晶须)添加到硬质合金粉末中，制备得到可用于光固化打印的硬质合金浆料；然后采用光固化3D打印技术制备得到硬质合金刀具；本专利技术通过改本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光固化打印硬质合金刀具的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：S1.将硬质合金粉末、改性粉末和分散剂混合，得到改性硬质合金粉末；所述改性粉末包括铜粉、纳米稀土氧化物、石墨烯、多壁碳纳米管和SiC晶须；S2.将活性稀释剂、低聚物和光引发剂混合，得到光敏树脂体系；S3.将所述改性硬质合金粉末和所述光敏树脂体系进行球磨混合，得到硬质合金浆料；S4.将所述硬质合金浆料进行光固化打印，得到硬质合金刀具坯体；S5.将所述硬质合金刀具坯体进行脱脂、烧结，得到所述光固化打印硬质合金刀具。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硬质合金粉末包括硬质相粉末和粘结相粉末；所述硬质相粉末和所述粘结相粉末的质量比为(70～97):(3～30)；优选的是，所述硬质相粉末为碳化钨粉、碳化钛粉、碳化钽粉、碳化铌粉中的至少一种；所述粘结相粉末为钴粉和/或镍粉；更优选的是，所述硬质相粉末的粒径为0.8～15μm；所述粘结相粉末的粒径为1.0～15μm。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，当所述硬质相粉末粒径为0.8～1.5μm时，所述改性粉末还包括晶粒长大抑制剂；优选的是，所述晶粒长大抑制剂的用量不超过改性硬质合金粉末质量的1％；更优选的是，所述晶粒长大抑制剂为VC和/或Cr3C2。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜粉的用量占所述改性硬质合金粉末质量的0.1～0.4％，优选为0.4％；所述纳米稀土氧化物的含量为所述改性硬质合金粉末质量的0.3～0.7％，优选为0.4％；所述石墨烯的含量为所述改性硬质合金粉末质量的0.02～0.15％，优选为0.1％；所述多壁碳纳米管的含量为所述改性硬质合金粉末质量的0.04～0.08％，优选为0.08％；和/或所述SiC晶须的含量为所述改性硬质合金粉末质量的0.20～0.90％，优选为0.6％；所述分散剂的含量为所述改性硬质合金粉末质量的2～5％。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述纳米稀土氧化物为纳米Y2O3、纳米Ce2O3、纳米Nd2O3中的一种，优选为纳米Ce2O3；所述铜粉的粒径为0.8～15μm；所述纳米稀土氧化物的粒径为10～60nm；所述石墨烯的厚度为1～10nm，长度为10～30μm；所述多壁碳纳米管直径为15～30nm，长度为10～30μm；和/或所述SiC晶须直径为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：谭锦麟，凌喜乐，杨志强，张东洋，周鹏，
申请(专利权)人：河源市蓝海米克模具刀具有限公司，
类型：发明
国别省市：