[发明专利]一种3D凝胶打印制备钢结硬质合金的方法

说明书

一种3D凝胶打印制备钢结硬质合金的方法，属于增材制造领域。将碳化钛等硬质相粉末和作为粘结相的铁基合金粉末用酒精球磨混合均匀并干燥过筛。再将混合粉末混入偶联剂以提高料浆稳定性。再将粉末与有机单体和溶剂以及分散剂制成的预混液混合均匀得到打印料浆。制备的打印料浆具有分散稳定、不易沉降、不易团聚、固相体积含量较高等特点。通过调节喷嘴直径、打印层高、挤出速度、打印速度等打印参数，采用3D凝胶打印机实现逐层打印固化获得打印坯体。将打印坯体经过干燥、脱脂、高温烧结得到钢结硬质合金制品。本发明方法能够制备形状复杂、尺寸精度高、组织均匀、力学性能好的钢结硬质合金制品。原料粉末容易获得，适应材料范围广，生产效率高，制造成本低。

技术领域

本发明涉及一种3D凝胶打印制备钢结硬质合金的方法，属于增材制造领域。

背景技术

三维快速成型打印(three dimensional print)简称3D打印，又被称作增材制造。3D打印技术是与传统的加工方法完全不同，基于三维模型技术，通过层层累计加工最终得到制品的技术。3D打印技术涉及CAD建模、机械、激光和材料等多个学科，借助于三维模型数据，采用自下而上的逐层堆积方式成型可制造任何结构复杂的部件。3D凝胶打印成型技术综合3D直写打印和凝胶注模方法，用配置好的料浆在计算机控制下，进行逐层打印固化来成形零件坯体。其打印“墨水”由具有剪切变稀特点、高固相体积分数的浆料所组成，打印机将料浆喷射到打印平台上，同时以一定的方式引发料浆中有机单体在极短时间内发生自由基聚合反应，形成的三维网状结构高分子有机物将颗粒进行原位包覆，料浆迅速固化成形，料浆经一层层打印固化成形后，形成零件坯体，生坯经脱脂和烧结后，最终得到致密零件。

钢结硬质合金是上个世纪五六十年代出现的一种工程材料，钢结硬质合金是以钢为粘结相、以难熔金属碳化物、氮化物和碳氮化物等作为硬质相的复合材料。钢结硬质合金中含有大量钢基体，因此具有可热处理性和可加工性。同时这类材料与工业中采用的各种耐磨材料相比具有最低的摩擦系数。因此，它的出现填补了高速钢和硬质合金之间的空白。

钢结硬质合金具有广泛的工艺特性，良好的物理机械综合特性，优异的化学稳定性。这些优异的性能特点使钢结硬质合金的应用范围也日益增大，如塑料工业应用的闸门衬套、控制塑料流动喷嘴、下刀刃、冲头和模具；罐头工业用的压印模、刻痕刀、蜗形模、冲头和压边工具等，钢结硬质合金尤其适合于制作要求镜面光、表面无划痕的高温热挤压和拉伸模具。

钢结硬质合金通常采用粉末冶金方法制备，粉末冶金技术通过制粉、成形、烧结得到性能优异的金属制品，使其避免了铸造过程中产生的缺陷和成分偏析，而且它可以实现近净成形，通过提高原料利用率，减少后期机加工的需要，从而降低能源和人力的消耗。但是不管采用压制成形或是注射成形等其他成形方法，对于制备大件，异形件和其他复杂制品，常规粉末冶金方法都难以胜任。近年来发展起来的凝胶注模方法，同样受到模具的限制，钢结硬质合金的制备亟待研发新技术。因此采用此种3D凝胶打印技术可以实现钢结硬质合金的3D打印成形，并且提高其力学性能，节约成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无模低成本、近净成形制造形状复杂、尺寸精度高的钢结硬质合金制品的方法，从而得到力学性能优异的复杂形状钢结硬质合金制品。