[发明专利]制造硬质合金材料的方法

说明书

公开了通过增材制造来制造硬质合金制品的方法和颗粒状材料。提供了包含颗粒的前体材料，所述颗粒包含碳化物晶粒和包含钴、镍和铁中的任一种的粘合剂。每个颗粒具有理论密度的至少99.5％的密度，并且前体材料的颗粒具有至少40兆帕(MPa)的平均压缩强度。使用了增材制造工艺通过建立从前体材料衍生的材料的连续层来制造制品。

技术领域

本公开总体上涉及通过增材制造来制造硬质合金制品的方法以及用于硬质合金制品的前体材料。

背景技术

增材制造是用于快速原型制造和制造具有复杂几何形状的金属制品的有力工具。已知这方法几乎只用于制造由纯金属和合金(例如钢和钛合金组成)的制品。顾等人，《激光增材制造金属部件：材料、工艺和机制》，International Materials Reviews，2012，V.57，N.3,133综述了金属部件的增材制造工艺。

增材制造工艺很少用于工业上生产由包含多于一个相的复合材料组成的制品。特别是，增材制造不用于生产硬质合金(cemented carbide)材料。硬质合金材料包括分散在包含诸如钴(Co)、镍(Ni)的金属或金属合金的粘合剂材料内的诸如碳化钨(WC)或碳化钛(TiC)的碳化物(carbide)颗粒。据说粘合剂相可以将碳化物颗粒作为烧结坯块粘结在一起。增材制造工艺不用于硬质合金可能是由于与材料的致密化相关的困难，所述材料在增材制造工艺期间仅短时间部分熔化。获得硬质合金的高密度所需的极高能量和因而需要的高温的使用受限于未进行液相烧结的硬质合金颗粒的低密度和强度，所述硬质合金颗粒通常用作增材制造硬质合金的前体。这种颗粒不能在增材制造所需的短时间内烧结成高密度的散装材料(bulk material)，并且容易被增材制造期间由高能电子或激光束的影响引起的热冲击所导致的“爆炸”破坏。

WO2015/162206A2公开了使用通过液相烧结获得的完全烧结的硬质合金颗粒以解决上述问题。为了降低将生坯(green)硬质合金颗粒烧结在一起的风险，添加了“烧结抑制剂粉末”。这些粉末由在液相烧结之前添加到生坯颗粒中的氧化物陶瓷或石墨组成。然而，这种方法的缺点是烧结抑制剂粉末对硬质合金颗粒造成污染的风险很大。此外，添加这种粉末降低了硬质合金颗粒的强度。

发明内容

本文目的是提供使用增材制造工艺制造硬质合金制品的方法。

根据第一方面，提供了通过增材制造来制造硬质合金制品的方法。提供了包含颗粒的前体材料，所述颗粒包含碳化物晶粒和包含钴、镍和铁中的任一种的粘合剂。每个颗粒具有理论密度的至少99.5％的密度，并且前体材料的颗粒具有至少40兆帕(MPa)的平均压缩强度。使用了增材制造工艺通过建立从前体材料衍生的材料的连续层来制造制品。

作为选项，前体材料的每个颗粒具有选自理论密度的至少99.7％、理论密度的至少99.9％以及理论密度的100％中的任一个的密度。

前体材料的颗粒可选地具有选自至少60MPa和至少100MPa中的任一个的平均压缩强度。

前体材料的颗粒可选地具有选自20微米至200微米、30微米至120微米以及40微米至90微米中的任一个的尺寸。

根据第一示例性选择，提供前体材料的颗粒包括在具有增塑剂的有机流体中研磨硬质合金粉末混合物以获得浆料，干燥浆料以获得硬质合金粉末，以及将硬质合金粉末颗粒化以获得硬质合金颗粒。在真空或保护气氛中，在1000℃至1250℃的温度下将颗粒固态烧结1至60分钟以获得预烧结的粒状粉末。筛选预烧结的颗粒(例如通过筛分)以获得预烧结的颗粒的所需尺寸级分。在真空或保护气氛中，在1260℃至1330℃的温度下，将预烧结的颗粒烧结2至20分钟以获得烧结的颗粒的聚集体。将聚集体破碎成单独的完全烧结的颗粒。筛选完全烧结的颗粒以获得所需的尺寸级分。

作为选项，方法包括对浆料进行喷雾干燥以干燥并颗粒化硬质合金颗粒。替代地，可选地通过在高于50℃的温度下在旋转的滚筒中滚动来将硬质合金粉末颗粒化。