[发明专利]金刚石增强金属基复合材料及其激光选区熔化成形方法

说明书

本发明涉及一种金刚石增强金属基复合材料及其激光选区熔化成形方法，所述复合材料包括金刚石、金属基、添加剂，金刚石体积含量为5%‑60%，金属基体积含量为20wt.%‑95wt.%；所述添加剂与金刚石‑金属基粉体的重量比为1‑30:200。所述激光选区熔化成形方法，包括以下步骤：S1.准备金刚石增强金属基复合材料的原料；S2.通过软件进行三维模型建立及工艺参数的设计，并将输出的模型及数据文件导入选区激光熔化成形设备；S3.将步骤S1中预处理后的复合粉体放入选区激光熔化成形设备，填充保护气体，在基板上进行SLM打印；S4.将步骤S3成形后的基板取出，得到金刚石增强金属基复合材料SLM成形件。本发明的金刚石增强金属基复合材料SLM成形件硬度高、耐磨性高，可以作为高性能磨削工具。

技术领域

本发明涉及金刚石增强金属基复合材料3D打印制造领域，具体涉及一种金刚石增强金属基复合材料及其激光选区熔化成形方法。

背景技术

金刚石具有高硬度、高耐磨性、高热导率、低膨胀系数等特点，近年来，科研人员开始对金刚石/金属基复合材料进行研究，研究表明，金刚石/金属基复合材料结合了金属的塑性及韧性，通过金刚石颗粒的添加提升了材料的硬度及耐磨性，具有巨大的发展潜力。

目前，金刚石/金属基复合材料的制备常规方法主要有熔渗法、高温高压烧结法、放电等离子体烧结法(SPS)等，产业化上已经形成了一套成熟的生产体系。但是，对于制造异型性、微型化、复杂化的金刚石/金属基复合材料工具，则需要进行大量的作业工作，增加了制造的工序及成本，是金刚石/金属基复合材料工具生产的一大瓶颈。采用SLM等增材制造技术制备金刚石增强金属基复合材料打印件时常常因为金刚石与金属基体润湿性较差，难以打印高性能制品，金刚石的体积含量难以达到5%以上。

发明内容

有鉴于此，本发明将提供一种金刚石增强金属基复合材料及其激光选区熔化成形方法，通过本发明的方法制备的金刚石增强金属基复合材料SLM成形件具有高致密度、高硬度和高耐磨性的特点。

本发明的技术方案为：

一种金刚石增强金属基复合材料，其特征在于，包括金刚石、金属基、添加剂，金刚石体积含量为5%-60%，金属基体积含量为20%-95%；所述添加剂与金刚石-金属基粉体的重量比为1-30:200。

进一步的，所述金属基包括铁基合金、铜基合金、铝基合金、镍基合金、钛基合金中的任一种。

进一步的，所述添加剂为氯化钠、硼酸钠、硼酸中的任一种或两种的组合。

本发明采用NaCl、硼酸钠、硼酸等添加剂可以显著提升SLM打印过程中金属基体与金刚石的润湿性，明显增加金刚石在整个金刚石增强金属基复合材料中的体积含量，NaCl、硼酸钠、硼酸等添加剂又可以作为打印成品中的造孔剂，使得最终打印件成为理想的金刚石磨削工具。本发明还提供了一种金刚石增强金属基复合材料的激光选区熔化成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.准备金刚石增强金属基复合材料的原料，使用行星球磨机进行均匀混合，将混合后的复合粉体进行干燥等预处理；

S2.通过软件进行三维模型建立及工艺参数的设计，并将输出的模型及数据文件导入选区激光熔化成形设备；

S3.将步骤S1中预处理后的复合粉体放入选区激光熔化成形设备，填充保护气体，在基板上进行SLM打印；

S4.将步骤S3成形后的基板取出，得到金刚石增强金属基复合材料SLM成形件。