[发明专利]一种硬质合金异形制品的3D打印制造方法

说明书

一种硬质合金异形制品的3D打印制造方法，属于硬质合金制备技术领域。采用原位合成的WC‑Co‑C复合粉为初始材料，通过添加特定分子量的有机成型剂调控所配制料浆的流变特性和固化行为，以使得喷雾干燥后获得具有超高球形度和致密性的球形颗粒；通过化学气相沉积技术在球形颗粒表面包覆钨层，使3D打印时颗粒间的粘结性增强；通过调控原位合成WC‑Co‑C复合粉中的碳量，并在低压烧结炉内对打印件进行后续烧结处理，抑制硬质合金制品的脱碳，同时提高其致密性。

技术领域

本发明涉及一种硬质合金异形制品的3D打印制造方法，属于硬质合金制备技术领域。

背景技术

硬质合金具有高硬度、优异的耐磨损耐腐蚀性能等系列优势，广泛应用于金属加工、矿山开采、精密器械等行业。随着科技的迅猛发展，尤其是在航空航天、国防军工等高精尖技术领域，应用传统的粉末冶金方法制备硬质合金难以满足对一些形状复杂、结构精细、同时要求优良综合性能的硬质合金制品的紧迫需求。近几年国内迅速发展的增材制造技术可有效解决上述硬质合金领域的技术难题。利用计算机辅助设计建模，采用3D打印成形技术可快速、精确地制造出任意复杂形状的零部件，大大减少材料消耗和制备加工工序，显著降低成本和缩短构件制造周期。

然而，目前关于硬质合金中占主体的WC基复合材料制品的3D打印制造技术，国内外均处于起步阶段。采用电子束或激光作为热源对逐层铺展的WC基粉末进行选区烧结时，不仅对粉末流动性有极高的要求，而且在熔覆沉积阶段极易发生WC的分解脱碳，导致打印件存在致密性低、力学性能差等系列问题。目前，对于纯金属粉末而言，主要采用熔融气雾化方法制备表面光滑、具有高球形度的微米级颗粒，以提高其流动性。但是，硬质合金作为典型的难熔陶瓷基复合材料，熔融雾化的方法并不适用，一方面WC在熔化时会大量分解为脆性大的W₂C，另一方面由于WC和作为粘结相的Co等金属熔点差异大，Co等金属在高温时蒸发严重，因此极难控制合金成分。为此，开发具有高球形度、高流动性的硬质合金粉末材料，同时解决熔融烧结时硬质合金粉末的分解脱碳和致密性问题，是获得高性能的3D打印硬质合金制品的关键。

针对上述领域背景和目前存在的技术难题，本发明提供一种高致密性、控制脱碳的硬质合金异形制品的3D打印制造方法。

发明内容

本发明提供的制备方法的工艺流程和原理是：采用原位合成的WC-Co-C复合粉尤其是采用本发明人已有专利技术(专利号为ZL200910091185.0)原位合成的WC-Co-C复合粉为初始材料，通过添加特定分子量的有机成型剂调控所配制料浆的流变特性和固化行为，以使得喷雾干燥后获得具有超高球形度和致密性的球形颗粒；通过化学气相沉积技术在球形颗粒表面包覆钨层，使3D打印时颗粒间的粘结性增强；通过调控原位合成WC-Co-C复合粉的碳量及在低压烧结炉内对打印件进行后续烧结处理，抑制硬质合金制品的脱碳，同时提高其致密性。本发明可打印制造形状复杂、综合性能优良的硬质合金制品，相比于传统粉末冶金方法制备硬质合金材料，具有突出的技术优势和广泛的适用范围。

本发明提供的一种硬质合金异形制品的3D打印制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将原位反应合成的WC-Co-C复合粉与聚乙二醇、去离子水混合配制料浆，其中复合粉的平均粒径小于500nm、Co质量分数为10％-20％、碳总质量分数为5.9％-6.6％；聚乙二醇分子量为18500-22000，聚乙二醇占复合粉质量百分比为3％-5％，去离子水占复合粉质量百分比为25％-33％；

(2)对步骤(1)制备的料浆进行喷雾干燥，随后利用筛分获得粒径分布在10-50微米的固态团聚体WC-Co-C球形颗粒，该固态团聚体颗粒具有高球形度和高流动性，其中料浆进料速率为20-30mL/min，喷雾干燥机进风温度为110-120℃，雾化盘线速度为100-110m/s；