【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种金刚石复合材料及其制备方法与应用，具体涉及一种镍铜基金刚石复合材料及其电子束增材制造工艺与应用，属于复合材料制备领域。
技术介绍
1、金属基金刚石复合材料在钻具、磨削刀具、工模具等领域有着广泛应用。文献《matrix material for a new 3d-printed diamond-impregnated bit withgridshapedmatrix》(international journal of refractory metals&hard materials，2019,82：199-207)和文献《perspectives of metal-diamond composites additivemanufacturing usingslm-sps and other techniques for increased wear-impactresistance》(international journal of refractory metals&hard materials，2020，88:105192)都提出了针对金属基金刚石复合材料的不同的复杂结构设计思路。这些具有复杂构型的金刚石复合材料难以通过切削或磨削等减材制造加工成所需的特定形状，而增材制造制备金属基金刚石复合材料具有近净成形的优势，可实现具有复杂构型的金刚石工具的结构-功能一体化制备。
2、目前用于制备金刚石复合材料的增材制造工艺主要采用激光作为能量源，但由于铜基金刚石复合材料对激光具有较高的反射率
3、因此，亟需寻找一种既能有效抑制金刚石石墨化和开裂，又能实现复杂结构的脆性金刚石材料近净成形的新工艺，才能满足镍铜基金刚石复合材料在复杂构型模具中的应用。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术的第一个目的是在于提供一种镍铜基金刚石复合材料的制备方法，该方法利用电子束增材制造工艺的高真空环境和快速打印的特点，可以在一定程度上避免金刚石石墨化，从而得到致密的镍铜基金刚石复合材料。同时，通过电子束增材制造工艺可以实现具有复杂构型的镍铜基金刚石复合材料的稳定成形。
2、本专利技术的第二个目的是在于提供一种镍铜基金刚石复合材料，该材料具有高致密度、高耐磨性和强韧性等优点。
3、本专利技术的第三个目的是在于提供一种电子束增材制造工艺制备的镍铜基金刚石复合材料的应用。本专利技术方法全程在常压下进行，不涉及机械球磨和细粉转移等危险操作，适合应用于工业化生产。制备的镍铜基金刚石经工艺优化后，实现了强韧性和耐磨性的同步提高，可用于钻具、磨削刀具、工模具等具有复杂构型的金刚石工具的近净成形。
4、为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种镍铜基金刚石复合材料的制备方法，该方法是将镍铜基粘结相粉末和金刚石粉末混合后通过粉床铺粉式电子束增材制造工艺成形，即得。
5、作为一种优选的方案，所述电子束增材制造工艺包括：预热、铺粉、预烧结和成形处理。
6、在本专利技术的技术方案中，由于镍铜基粘结相对电子束有较高的吸收率，且电子束增材制造可以实现基板预热和粉末床预烧结步骤，减少金刚石复合材料出现开裂现象，再加上电子束增材制造相对于激光增材制造工艺具有更高的真空环境和快速打印的特点，一方面可以有效避免复合材料被引入污染，另一方面还能在一定程度上避免金刚石的石墨化，从而得到致密的镍铜基金刚石复合材料。此外，与常规加压烧结的工艺相比，本专利技术采用电子束增材制造工艺不仅可以减少模具引入的污染，还可以实现复杂构型的金刚石复合材料的近净成形，大大简化了工艺流程。
7、作为一种优选的方案，所述预热过程中所用基板温度为500～600℃。本专利技术所采用的电子束增材制造工艺相比于其他技术，其基板预热温度范围宽且温度较高，可以在一定程度上减少复合材料的凝固速度过快引起的开裂。当基板预热温度过高时，镍铜合金粉末板结严重，在刮刀铺粉过程中，板结的金属粉末会影响刮刀均匀铺粉，导致粉末无法均匀铺送至基板表面。而当基板预热温度过低时，镍铜合金冷却速度过快会导致复合材料中出现裂纹，降低成形性，且会在打印过程中出现严重的吹粉现象，干扰粉床的稳定性，甚至糊住视窗，产生安全隐患。
8、作为一种优选的方案，所述预烧结的条件为：电流为18～25ma，时间为4～6s。当预烧结电流过低或时间过短时，在实际成形过程中，将无法维持基板预热温度持续保持在上述合适范围，会增大后续成形中样品出现开裂和吹粉的风险。当预烧结电流过高或时间过长时，会导致粉末出现大面积板结现象，影响选区熔化和后续铺粉，制约复合材料的成形性。
9、作为一种优选的方案，所述成形处理采用电子束，其中电子束电流为1～19ma，且电子束电流数值与电子束扫描速度数值比值为1.6～4.7。本专利技术采用的电子束增材制造工艺具有电子束电流、扫描速度灵活可调的特点，赋予了镍铜基金刚石复合材料较大的成形窗口。专利技术人发现当电流超过1～19ma范围时，电子束束流会出现明显的不稳定现象，不利于工艺的稳定性。而当电子束电流数值与扫描速度数值的比值大于4.7时，电子束输入给粉末床的能量密度过高，镍铜基金刚石复合材料样品出现明显的过熔现象，金刚石烧损严重，复合材料表面有较大的宏观缺陷。而当电子束电流数值与扫描速度数值的比值小于1.6时，电子束输入的能量密度过低，复合材料样品出现明显的欠熔现象，金属粘结相与金刚石无法实现紧密结合，甚至不具备成形性。
10、进一步优选，所述镍铜基金刚石复合材料制备工艺采用的电子束电流数值与扫描速度数值比值控本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种镍铜基金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：将镍铜基粘结相粉末和金刚石粉末混合后通过粉床铺粉式电子束增材制造工艺成形，即得。
2.根据权利要求1所述的一种镍铜基金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：所述电子束增材制造工艺包括：预热、铺粉、预烧结和成形处理。
3.根据权利要求2所述的一种镍铜基金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：所述预热过程中所用基板温度为500～600℃。
4.根据权利要求2所述的一种镍铜基金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：所述预烧结的条件为：电流为18～25mA，时间为4～6s。
5.根据权利要求2所述的一种镍铜基金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：所述成形处理采用电子束，其中电子束电流为1～19mA，且电子束电流数值与电子束扫描速度数值比值为1.6～4.7。
6.根据权利要求1～5任一项所述的一种镍铜基金刚石复合材料及其制备方法，其特征在于：所述金刚石粉末的含量为镍铜基粘结相粉末和金刚石粉末混合粉末的(10～20)vol.％。
7.根据权利要求6所述的一种镍铜基金刚石复合材
8.根据权利要求7所述的一种镍铜基金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：所述金刚石粉末表面包覆有厚度为100～200nm的钨镀层。
9.一种镍铜基金刚石复合材料，其特征在于：由权利要求1～8任一项所述的制备方法得到。
10.权利要求9所述的一种镍铜基金刚石复合材料的应用，其特征在于：应用于制备钻具、磨削刀具或工模具的近净成形。
...【技术特征摘要】
1.一种镍铜基金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：将镍铜基粘结相粉末和金刚石粉末混合后通过粉床铺粉式电子束增材制造工艺成形，即得。
2.根据权利要求1所述的一种镍铜基金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：所述电子束增材制造工艺包括：预热、铺粉、预烧结和成形处理。
3.根据权利要求2所述的一种镍铜基金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：所述预热过程中所用基板温度为500～600℃。
4.根据权利要求2所述的一种镍铜基金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：所述预烧结的条件为：电流为18～25ma，时间为4～6s。
5.根据权利要求2所述的一种镍铜基金刚石复合材料的制备方法，其特征在于：所述成形处理采用电子束，其中电子束电流为1～19ma，且电子束电流数值与电子束扫描速度数值比值为1.6～4.7。
6.根据权利要求1～...
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