[发明专利]一种金属基金刚石复合材料及其零部件的3D打印制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造技术领域，尤其涉及一种金属基金刚石复合材料及其零部件的3D打印制造方法。

背景技术

金属基复合材料已有几十年的发展历史，由于其兼有金属的塑性和韧性以及增强体陶瓷的高强度和高刚度，且比重小，因此，被广泛应用于探矿、机械、航天航空等领域。金刚石由于其具有高热导率、高杨氏模量以及低的线膨胀系数，突出的比模量，将其作为增强体加入金属基材中，能显著提高基材的硬度、耐磨性、热导率、降低基材的热膨胀系数，在金属结构及功能材料方面有着广泛的应用前景。

目前，制备金刚石/金属基复合材料的主要方法可分为固态成形法和液态成形法两大类。常用制备技术主要包括粉末冶金法、放电等离子烧结法(SPS)、液相浸渗法。但采用常规方法研制出的金属基金刚石复合材料属于“假合金”材料，其对金刚石的包镶以机械包镶为主，包镶的牢固度低，影响复合材料的质量。其次，常规方法为了获得高硬度、高耐磨性的金属基金刚石复合材料，必须采用较高含量的碳化钨等人造硬质材料，热压温度较高(980～1020℃)、压力较大(18～25MPa)，功率消耗大，对设备要求高。再之，采用常规方法制造金属基金刚石复合材料，其结构比较单一，难以制作结构复杂的产品，且工作效率低；有些设计合理而科学的结构形式，却往往由于装料困难、效率低或质量不过关而不为生产单位接受，难以推广应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种硬度高，耐磨性强，避免使用碳化钨等硬质材料的金属基金刚石复合材料及其零部件的3D打印制造方法。

本发明的实施例提供一种金属基金刚石复合材料，由以下体积比的原料制成：金刚石为2％～30％，其余为金属粉末；

所述金属粉末为球形或近球形，所述金属粉末的粒径为15μm～65μm，所述金刚石的品级在SMD₃₀型以上，所述金刚石的粒度为35目～180目。

进一步，所述金属粉末为铁-镍-钴预合金粉末、钎焊预合金粉末和铜-锡预合金粉末中的一种或多种。

一种金属基金刚石复合材料及其零部件的3D打印制造方法，包括以下步骤：

(1)将金属粉末与金刚石按上述体积比经球磨机混合均匀；

(2)在计算机上建立零部件的三维模型，并将零部件的三维模型导入到3D打印控制软件中；

(3)步骤(1)得到的均匀混合料在由控制软件控制的激光选区熔化设备中的基板上成形；

(4)将步骤(3)得到的成形零部件连同基板一并取出，并对成形零部件和基板进行去应力退火处理；

(5)将经过步骤(4)处理的成形零部件和基板进行切割分离，即得到金属基金刚石复合材料零部件。

进一步，所述步骤(1)中，金属粉末与金刚石在保护气氛中通过球磨机进行机械混料。

进一步，所述步骤(2)中，建立的零部件三维模型转化为STL格式后导入到3D打印控制软件中。

进一步，所述步骤(3)中，混合料先送入激光选区熔化设备的送料装置中，并对成型腔抽真空，通入保护气体，然后将混合料输送至成型腔的基板上，在基板上成形零部件。

进一步，激光选区熔化设备的成形参数为：激光功率150W～250W，扫描速度200mm/s～1000mm/s，扫描间距0.06mm～0.08mm，铺粉厚度0.2mm～0.5mm。

进一步，所述保护气体为氮气或氩气。

进一步，所述步骤(4)中，对成形的金属基金刚石复合材料零部件进行去应力退火处理，以调控其性能，去应力退火处理参数为：退火温度为200℃～400℃，退火时间为2h～6h。

进一步，所述步骤(4)中，成形零部件和基板通过线切割进行切割分离。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

(1)本发明的金属基金刚石复合材料硬度大，耐磨性强；

(2)本发明的金属基金刚石复合材料有利于二次开发终端产品，例如：金刚石钻头、金刚石扩孔器与金刚石稳定器，广泛用于地质勘探、石油钻井和地质灾害防治等领域；

(3)本发明基于3D打印技术，成形金属基金刚石复合材料及其零部件的制造方法；成形金属基金刚石复合材料及其零部件的方法是采用3D打印技术与方法，而非其它常规方法；