[发明专利]选区激光熔化制备的原WC陶瓷基复合材料及其方法

说明书

本发明公开了一种选区激光熔化制备的原位WC陶瓷基复合材料及其方法，该原位WC陶瓷基复合材料通过SLM成形技术对W‑Ni‑C纳米复合粉末加工成形；该原位WC陶瓷基复合材料是一种以WC组织或者WC组织、Ni₂W₄C组织作为结构相，以Ni和W作为黏结相的硬质合金基复合材料；所述结构相为WC组织时，粘结相分布在WC组织的四周；所述结构相为WC组织、Ni₂W₄C组织时，Ni₂W₄C组织位于WC组织与黏结相之间。因此，本发明能够提高陶瓷基硬质合金的综合力学性能。

技术领域

本发明属于激光增材制造技术领域，特别涉及一种原位WC陶瓷基复合材料及其制备方法。

背景技术

WC作为硬质合金的主要成分，由于具有高熔点(2870 ℃)、高密度（15.63g/cm3）、高弹性模量(71GPa)、低热膨胀系数(3.84 X 10-6/℃)以及高抗压强度（56MPa)等特性，使其广泛地用于制备切削工具、穿甲弹弹芯、采矿机钻头、发动机喷嘴等零部件。特别是，采用Co, Ni和Fe等过渡金属元素作为黏结相制备WC硬质合金基复合材料，由于WC晶粒边界处金属黏结相的存在，在机械载荷作用下可以通过应力损耗的方式提高复合材料整体的韧性，改善材料的综合机械性能。近年来新颖的原位制备方法以其独特、显著的技术优势和良好的发展前景引起众多研究者极大的研究兴趣。原位硬质合金通常利用粉末冶金方法制备，具体包括原始粉末的混合、成形以及烧结。当前，大部分硬质合金采用高温压力烧结，同时一部分采用电火花等离子烧结。因此，硬质合金的制各通常需要高温、高压及长时间的反应时间。然而，传统的粉末冶金制备的硬质合金通常受限于成形零部件的形状、高脆性以及较差的机加工性能，这些不利条件限制了硬质合金的实际应用。

发明内容

本发明的目的是：提供一种原位WC陶瓷基复合材料及其成形方法，提高陶瓷基硬质合金的综合力学性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种选区激光熔化制备的原位WC陶瓷基复合材料，通过SLM成形技术对W-Ni-C纳米复合粉末加工成形；该原位WC陶瓷基复合材料是一种以WC组织或者WC组织、Ni₂W₄C组织作为结构相，以Ni和W作为黏结相的硬质合金基复合材料；

所述结构相为WC组织时，粘结相分布在WC组织的四周；

所述结构相为WC组织、Ni₂W₄C组织时，Ni₂W₄C组织位于WC组织与黏结相之间。

所述结构相为WC组织、Ni₂W₄C组织时，所述Ni₂W₄C组织为颗粒状结构或者环状结构。

所述Ni₂W₄C组织为颗粒状结构时，WC组织为三角状结构，平均晶粒尺寸为12.7±2.14μm；

所述Ni₂W₄C组织为环状结构时，WC组织为细长状结构，平均晶粒尺寸增至28.5±2.47μm。

所述结构相为WC组织时，WC组织呈块状结构，平均晶粒尺寸为18.6±2.53μm。

本发明的另一种技术目的是提供一种选区激光熔化制备的原位WC陶瓷基复合材料的方法，包括以下步骤：

（1）配制混合粉末

将纯W粉末、纯Ni粉末、纯石墨粉末按照以下重量份配制混合粉末：

纯W粉末 85-95

纯Ni粉末 3-15