[发明专利]一种粘结剂喷射3D打印制备WC-Co硬质合金的方法

说明书

本发明涉及WC‑Co硬质合金制备技术领域，公开了一种粘结剂喷射3D打印制备WC‑Co硬质合金的方法，包括如下步骤：步骤1：打印制得WC生坯、固化并计算WC生坯密度。步骤2：打印制得Co生坯、固化并计算生坯密度；步骤3：对WC生坯、Co生坯进行叠加，并进行脱脂、烧结+HIP，得到WC‑Co硬质合金。本发明采用分层设计取代了将Co块放置在顶部或底部进行熔渗的方法，将Co平均分配，保证每层WC之间至少隔着一层Co，使Co熔体在WC的整个平面上均匀分布，最大限度的减少Co向周围WC渗透的时间，同时上下层WC“生坯”中适量的Co不会造成WC生坯的坍塌变形。

技术领域

本发明涉及WC-Co硬质合金制备技术领域，尤其涉及一种粘结剂喷射3D打印制备WC-Co硬质合金的方法。

背景技术

硬质合金是由如Fe，Co，Ni等金属粘结相和如WC，TaC，VC等金属碳化物组成。由硬质化合物WC和韧性粘结剂Co组成WC-Co系硬质合金占合金系统的一半以上。其优异的硬度、韧性、强度、抗磨损性能的结合，使WC-Co成为制造各种耐磨部件的首选材料。对与传统粉末冶金方法而言，从模具制作到机械加工，制备具有复杂形状的WC-Co硬质合金部件是非常繁琐和昂贵的。然而，Additive Manufacting技术为这一系列复杂流程提供了一种颠覆性的方案。AM通过添加材料来生产零部件，无需模具成本直接成型，使得几何自由度和生产量大幅度提高。适用于金属的AM技术包括SLS，SLM，SEBM等，相比较这些与能量直接结合产生复杂冶金过程的AM技术，粘结剂喷射3D打印(BJ3DP)在低温下成型，采用粘结剂喷头选择性的喷出聚合物粘结剂，将粉末和粉末层粘结在一起，经过固化后形成“生坯”，随后可采用多种方式进行烧结。这种冷成型AM技术制备的WC-Co硬质合金避免了高能激光引起过热从而产生热裂纹，高温翘曲等缺陷。

目前，已有研究人员通过BJ3DP制备了WC-12％Co复合粉末生坯，经烧结和热等静压后得到了与SANDVIK公司制备的中等晶粒WC-12％Co合金相似的性能，但产品的收缩没有得到控制，达到了接近25％。与直接打印和烧结合金生坯相比，采用Co熔体渗透WC骨架来代替烧结的方式制备了WC-Co硬质合金，Co熔化后填补了粉末颗粒间的空隙，显著减小了硬质合金的收缩。但是这种方法需要预先烧结WC骨架，否则Co渗透过程中会导致生坯的垮塌，使得部件很难保持原有的形状。长时间的预烧结将带来WC颗粒的长大，并且会生成烧结颈或闭孔，使得熔体不均匀地渗透。Co的放置位于WC骨架的顶部或底部，在高度方向上会导致成分分布的不均匀现象，顶部与底部这些长时间浸润在大量Co熔体中的区域，相较于其他区域也更容易产生变形。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粘结剂喷射3D打印制备WC-Co硬质合金的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案

一种粘结剂喷射3D打印制备WC-Co硬质合金的方法，包括如下步骤：

步骤1：打印制得WC生坯、固化并计算WC生坯密度。

在所述步骤1中，将WC粉体加入到3D打印机的料斗中打印，所述WC粉体的松装密度为7.5-10.5g/cm3，打印参数分别为粘结剂饱和度为50％-80％，层厚为60μm-100μm，粉末床温度为45℃-60℃，干燥时间为7-14s，WC生坯的长度范围设定为10-15mm，宽度设置为10-15mm，高度为2-5mm，打印完成后得到的WC生坯进行固化，打印完成的WC生坯在180℃-220℃的环境下进行固化，固化时间为3h-5h，去除粘结剂中的水分，测得WC生坯平均质量为在4-12g，可根据质量除以体积算出WC生坯的致密度范围为60％-75％(理论密度15.6g/cm³)。

步骤2：打印制得Co生坯、固化并计算Co生坯密度。