[发明专利]一种3D打印用硬质合金粉末及其应用

说明书

本发明提供了一种3D打印用硬质合金粉末及其应用，涉及金属陶瓷复合材料技术领域，所述硬质合金粉末通过下述步骤制备：1)将原料球磨后得到料浆；2)球磨后采用喷雾干燥造粒得到混合料；3)将造粒后的混合料平铺在真空烧结炉中并进行预烧结得到粘结良好的复合粉末；4)将复合粉末破碎、过筛；此方法得到可用于3D打印的硬质合金粉末。与现有的技术相比，本发明采用预烧结的方法制备硬质合金粉末具有成本低、操作简单可控、流动性良好等优点，破碎、过筛后适用于3D打印中的激光熔化沉积等送粉成形方法。本发明将过渡金属粉末与难熔金属碳化物粉末良好的粘结在一起，且更易打印成形，成形后的制品性能良好且稳定，可用于大规模生产。

技术领域

本发明涉及金属陶瓷及增材制造领域，尤其涉及一种3D打印用硬质合金粉末及其应用。

背景技术

激光熔化沉积增材制造技术是将激光器发射出的高能激光束作为热源，把送粉器吹出的粉末熔化，通过控制系统使基板与激光加工头保持相对移动实现金属零件的分层沉积和快速成形。

激光熔化沉积增材制造技术因其激光能量密度较高且不需要传统的刀具夹持就可以在同一台设备制造出复杂结构的零部件，使得此成形技术相对于其他增材制造技术适用于更多的材料种类。激光熔化凝固过程可以看成是一种快速凝固过程，在这种凝固条件下，固液界面将远偏离平衡凝固条件，可以获得非平衡态过饱和固溶体及均匀细小的金相组织，使成形试样的微观组织及性能显著区别于传统的加工方法。

硬质合金具有良好的硬度、耐磨性和耐腐蚀性而被广泛的应用于金属切削加工、矿山采掘、石油钻井及国防军工等领域，被誉为“工业的牙齿”。硬质合金传统的成形方式主要以粉末冶金压制或挤压后烧结成型为主，但由于模具和成形条件的限制，难以制备复杂结构或点阵结构零件。与传统的成形方式相比，3D打印技术具有不受模具的束缚，可制造复杂结构的零件，可应用于多种材料体系等特点，使生产复杂结构的硬质合金零件成为可能。

申请号CN201310470047.X和CN201810909559.4的中国专利公开了一种3D打印用金属粉末的制备方法，共同的制备的方法主要是将金属或粉末熔融后通过气雾化制备得到所需的类球形或球形粉。此方法适用于2000℃以下的合金粉末，而硬质合金粉末中的难熔金属碳化物(如WC、TaC、TiC)熔点均在2000℃之上，不适用于制备硬质合金粉末。

等离子球化因其设备昂贵，操作复杂，技术要求高，尤其是对于难熔金属碳化物，因此不适用于工业上大量制备硬质合金粉末。

现有的技术基本上是先将粉末或铸锭熔融后制粉，而钛、钽、钨等难熔金属的碳化物熔点较高，很大程度上无法大量制备适用于激光熔化沉积成形的硬质合金粉末，因此现在急需提供一种能制备出具有流动性好、易成形、孔隙率低等特点的难熔金属碳化物粉末的制备方法。

发明内容

本发明首次尝试了利用球磨+预烧结+机械破碎的方式来高效率制备3D打印用硬质合金粉末；同时本发明还发出了与上述粉体相匹配的打印工艺。本发明所开发的工艺，在制备同一批次的产品时，所得产品的硬度和摩擦系数波动范围较小。

本发明一种3D打印用硬质合金粉末，其通过下述步骤制备：按设计组分配取粘结相粉末、硬质相粉末；混合均匀后；在真空气氛下于1100-1500℃进行压力预烧结；预烧结后，经破碎过筛，得到用于3D打印用的硬质合金粉末，压力预烧结时，控制压力为1-2MPa。

作为优选工艺；本发明一种3D打印用硬质合金粉末，其通过下述步骤制备：

1)原料准备：将难熔碳化物粉末和过渡金属粉末按照质量比7-9:1-3配成混合粉末，难熔碳化物粉末和过渡金属粉末的粒径均为0.8μm～12μm；

2)球磨粉末：将研磨球和混合粉末按照质量比为3-8：1放入球磨机中，根据分散剂占混合粉末1％～3％的比例加入分散剂，按1L配取1000～2500g混合粉末的比例，加入球磨分散介质；球磨；球磨后得到料浆，球磨时间为24～48小时，速度为60-150r/min；