[发明专利]一种镍基复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于3D打印用材料技术领域，具体涉及一种镍基复合材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种镍基复合材料，由包括以下质量百分比含量的原料制备得到：稀土0.25～0.85％、陶瓷9.5～15.5％和余量的镍粉；从化学组成上，所述稀土包括La、Nd或Y。本发明通过陶瓷在成形过程中产生原位反应，改善界面结构，提高材料的强韧性，并且有效提高粉末对电子束的吸收率，提高粉末的加工性能；通过添加稀土，保证了在应用于电子束加工过程中时陶瓷与基体之间有良好的润湿性能，并且避免因熔点、热膨胀系数和表面张力差异过大而导致在镍基复合材料凝固过程中的开裂情况。

技术领域

本发明属于3D打印用材料技术领域，具体涉及一种镍基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

3D打印技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，采用分层加工、叠加成形的方式逐层增加材料来生成三维实体的技术，为“增材制造”(AM，Additive Manufacturing)技术。3D打印技术在制造过程中不需要复杂的成型工艺，不需要原胚和模具，亦不需要众多的人力，从而简化了产品的制造程序，缩短了产品的研制周期，提高了生产效率并降低了成本，使得产品制造更加智能化、精准化和高效化。

直接制造金属零件以及部件，甚至是组装好的功能性金属制件产品，无疑是3D打印体系中最为前沿、最具有应用潜力的技术。目前金属材料的3D打印体系主要有选区激光熔化和电子束选区熔化。随着对高性能的合金材料的需求越来越强烈，特别是在航空航天、汽车、医疗等领域，对于金属基复合材料的设计与制备正得到越来越多研究者的关注，传统的镍基合金虽然有耐高温、强度较高、耐磨损性能良好以及热膨胀系数小等特点，但仍无法满足于日益提高的需求。

目前，针对3D打印用材料，通过加入稀土或陶瓷可显著提高传统的镍基复合材料的力学性能，这其中常用的包括Al₂O₃、TiC、TaC或WC等。用于电子束增材制造的金属材料包括了不锈钢、工具钢、钛合金、Co-Cr-Mo合金或铝合金等，但目前针对3D打印用镍基硬质合金仍存在镍合合金在电子束增材过程中工艺性能与力学性能不匹配、稀土相或陶瓷相与基材相之间润湿性较差的问题，同时它们之间的热膨胀系数差异也往往较大，导致在成形过程中形成的液相不能均匀铺展，同时在随后的凝固过程中产生较大的收缩应力而出现裂纹，合金材料界面结合性和力学性能无法得到提高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种3D打印用镍基复合材料，提高了镍基复合材料在应用过程中的工艺性能与力学性能匹配程度，引入稀土相和陶瓷相，增强了稀土相和陶瓷相与基材相之间润湿性，进而提高了材料界面结合性和力学性能；本发明还提供了一种3D打印用镍基复合材料的制备方法和应用。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种镍基复合材料，由包括以下质量百分比含量的原料制备得到：

稀土0.25～0.85％、陶瓷9.5～15.5％和余量的镍粉；

从化学组成上，所述稀土包括La、Nd或Y。

优选的，从化学组成上，所述陶瓷包括WC、TiC和TaC中的一种或多种。

优选的，所述镍基复合材料为球形粉；所述球形粉的费氏粒度为45～100μm。

本发明还提供了上述技术方案所述镍基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将稀土、陶瓷和镍粉混合，依次进行球磨和等离子球化处理，得到镍基复合材料。

优选的，所述稀土、陶瓷和镍粉的粒径独立地为1～10μm。

优选的，所述球磨的球磨介质为无水乙醇；所述球磨中稀土、陶瓷和镍粉的质量之和与无水乙醇的质量比为(2～5)：1；所述球磨的时间为32～36h。