[发明专利]一种间接3D打印钨基合金零部件脱脂烧结方法

说明书

本发明公开一种间接3D打印钨基合金零部件脱脂烧结方法，将通过金属粉末挤出成形制备的钨基合金素胚置于气氛炉中，并全程通入保护性或还原性气氛，首先采用多步骤慢升温速率升温至合适温度区间进行保温以脱脂，随后以慢升温速率升温至烧结温度区间进行烧结，最后以慢降温速率降至室温，得到高性能钨基合金。本发明使得到的钨基合金烧结件无开裂、无残余粘结剂、无变形等缺陷。本发明为间接3D打印出高致密度，成型精度好的钨基合金零部件打下了良好的基础。

技术领域

本发明属于材料技术领域，更加具体地说，提出一种间接3D打印钨基合金零部件脱脂烧结方法。

背景技术

金属的增材制造(3D打印)作为当今最热门的一种新型零部件近净成形技术，因其适合制造几何形状复杂、组织结构均匀、高性能零部件的优势,引起了广泛关注并得到大量应用。目前，金属增材制造技术包括以下几种方式：一是激光直接作用于金属粉末的直接成型技术，包括激光选区熔化(SLM)、电子束选区熔化(EBM)及激光熔化沉积(LMD)；二是基于金属粉末与粘结剂混合的间接3D打印技术，包括注射成型(PIM)以及金属挤出成形。但是，激光选区熔化，电子束选区熔化和激光直接熔化沉积制造技术对原始粉末要求较高，需要金属粉末具有一定的球形度、粒径范围、良好的流动性和松装密度。金属注射成形过程需要合适粒径的球形粉末且针对不同成形件需要开发制造不同形状的模具，经济成本较高。基于上述增材制造的不足之处，金属挤出成形技术对原始粉末的球形度和流动性无严格要求，且在成形过程中不需要特定模具。由此可见，金属挤出成形技术将会成为极具潜力的间接3D打印技术。

金属挤出成形间接3D打印技术主要包括金属粉末与粘结剂混合、打印成形、脱脂和烧结四个工序。对于成形件素胚而言，其后续脱脂和烧结工艺参数制定是保证成形件结构和性能的关键工序。热脱脂工艺中所采用的气氛、气体流量、脱脂升温速率以及脱脂温度对粘结剂的分解速度影响极大。若采用过大的气流，高升温速率和高脱脂温度使粘结剂剧烈分解会导致脱脂胚产生鼓泡、坍塌、开裂等缺陷。对于脱脂胚的烧结工艺应采用合适的升温速率、烧结温度区间以及降温速率，以免热脱脂胚在烧结过程中出现变形、坍塌和开裂等缺陷。

钨基合金主要是以钨为硬质相(质量百分数为85％～99％)，以镍和铜或镍和铁等组分作为粘结相。钨基合金具有高密度、高强度、高延展性、高射线的吸收能力、良好的韧性和低热膨胀系数等优点，因此在航空航天、国防军工、核工业和民用工业中应用非常广泛，如卫星导航系统中的陀螺仪转子及飞机上的配重和减震材料；动能穿甲弹、易碎弹、破甲弹和子母弹等常规军事武器和国际热核聚变试验材料等。钨基合金零部件一般采用传统的烧结+机械加工技术成形，该技术对于室温脆性的钨基合金来说成形相对困难，成本高昂，对设备要求也高。近期很多科研单位开展了钨基合金零部件的挤出成形3D打印工艺的研究，结果表明挤出成形间接3D打印技术在钨基合金零部件成形方面具有很大的优势。不过目前间接3D打印钨基合金素胚的后续脱脂烧结成形工艺尚未成熟，各种工艺流程和参数有待制定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种间接3D打印钨基合金零部件脱脂烧结方法，具有非常重要的工程意义，有效填补了这一空白领域。钨基合金素胚在采用热脱脂工艺脱脂后，金属颗粒表面的石蜡基粘结剂成分完全热解，为后续烧结打下了良好的基础。热脱脂胚在采用两步烧结工艺参数后，能够获得高致密度，成形精度好的钨基合金零部件。本方法为间接3D打印出高性能的钨基合金零部件打下了良好的基础。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。

一种间接3D打印钨基合金零部件脱脂烧结方法，按照下述步骤进行：

步骤1，将间接3D打印的钨基合金素胚置于气氛炉中采用多阶段慢升温速率的方式，在惰性保护气体或还原性气氛中升温至400～700℃并保温2～5h，以完全去除石蜡基粘结剂，完成热脱脂；

在步骤1中，间接3D打印方式为石蜡基粘结剂类金属挤出成型。