[发明专利]一种硬质合金零件的制造方法

说明书

本发明属于硬质合金零件加工技术领域，公开了一种硬质合金零件的制造方法，包括：通过高能束扫描粉床上的底板或所述底板上已成形的零件截面，使底板或底板上已成形的零件截面温度达到预设温度；在底板上或所述底板上已成形的零件截面上铺设球形硬质合金粉末；对铺设好的硬质合金粉末层进行扫描预热；对预热后的硬质合金粉末层进行扫描熔化，成形出新的零件截面；重复硬质合金粉末层的铺设、预热以及熔化步骤，直至成形出硬质合金零件。本发明通过高能束扫描使底板或已成形的零件截面处于较高的温度状态，使得硬质合金零件成形应力低，打印过程硬质合金零件不会开裂或开裂倾向小，成形出的硬质合金零件致密度高。

技术领域

本发明涉及硬质合金零件加工技术领域，尤其涉及一种硬质合金零件的制造方法。

背景技术

硬质合金是由难熔金属化合物(如WC、TiC、TaC、NbC等)和粘结金属(Co、Ni、Fe等)组成的，用粉末冶金方法生产的具有硬质相和粘结相组织结构特征的一种金属-陶瓷复合材料。传统的硬质合金零件一般采用粉末冶金方法，以上传统工艺存在以下问题，一是工艺流程长，二是需要开模具，无法成行一些形状复杂的部件，三是真空烧结能耗高，四是无法实现数字化生产。此外，由于传统制备方法中混合料成分配比是压模前完成的，其组分成分不变，制备出的硬质合金组织均匀，机械性能一致，无法满足一个零件既具有高硬度又具有高强韧性的要求。

针对上述问题，目前可采用增材制造(3D打印)技术进行硬质合金零件的直接制造，其采用数据驱动，直接由零件的数字化模型驱动，无需模具即可直接制造，且可以成形任意复杂形状，此外增材制造技术的工艺流程短，有利于小批量个性化定制。因此，采用增材制造(3D打印)技术，能够更好的实现对硬质合金零件的制造。

现有增材制造(3D打印)技术主要采用以下几种方式进行硬质合金零件的制造：

1、将硬质合金和有机粘接剂进行湿磨，将湿磨得到的浆料用喷头挤出，控制喷头的运动轨迹，通过逐层叠加的方法制备出坯料。然后进行烧结。其和传统方法区别不大，只是把模压成形的过程改成了喷头堆积，仍然存在工艺流程长、烧结过程能耗高的特点。

2、3DP技术，粉末原材料为硬质合金的粉末，每铺一层粉末，喷头打印有机粘接剂，得到一个截面。通过逐层打印有机粘接剂的方法得到坯料，然后进行烧结，将有机粘接剂脱除，得到硬质合金零件。这种技术存在的问题有：一是仍然需要进行烧结，导致其制造工艺流程长；二是有机粘接剂在脱除后，得到的硬质合金零件内部孔隙多，致密度低；三是脱除有机粘接剂的过程中，零件会收缩，不利于控制成形精度。

3、SLM技术，即激光选区熔化，粉末原材料为硬质合金的粉末，每铺一层粉末，激光扫描并熔化截面内的粉末材料。通过逐层熔化直接得到硬质合金零件。这种技术存在的问题有：一是SLM技术中，其粉床温度低，成形应力大，不适合硬质合金这种高脆性的材料，零件在打印过程中非常容易开裂，且难熔金属化合物(WC、TiC、TaC、NbC等)含量越高，开裂倾向越大；二是激光功率低，难以完全熔化难熔金属化合物，导致成形件致密度不足。

4、利用渗碳热处理的方法制备由外往里呈连续变化的硬质合金材料。此类方法主要是通过利用含碳量低的混合料制备出硬质合金，然后在高温下对其进行固相渗碳处理得到钴相呈现梯度分布的硬质合金，但此方法制备的硬质合金表面含钴量较低，过渡层含钴量较高，芯部出现脆性相。另外一种方法是对有正常组织的硬质合金进行表层脱碳处理，然后再对其进行固相渗碳处理，得到芯部没有脆性相，表层钴量呈梯度分布的梯度硬质合金，但该方法受前期脱碳处理的影响很大。还有一种方法是进行气相渗碳的方法，该方法与固态渗碳工艺类似，且芯部没有脆性相。但上述渗碳方法制备的硬质合金的梯度层厚度有限，且工艺周期长，能耗高，而且需要渗碳介质。而且上述方法在成型前需要将难熔金属化合物粉末和粘结金属粉末预先混得到混合粉末才能进行后续工艺。