[发明专利]一种钨合金复合材料及其3D打印方法

说明书

本发明涉及一种钨合金复合材料及其3D打印方法，按照质量百分比计，该钨合金复合材料由如下原料组成：镀铬碳纤维1.5％‑2.0％，铬13.0％‑18.0％，钛1.5％‑2.5％，钒0.4％‑0.8％，钼2.0％‑2.5％，锡0.1％‑0.3％，镧0.5％‑1.5％，铪0.6％‑1.2％，锰0.1％‑0.3％，余量为钨和其它不可避免的杂质元素。本发明提供的钨合金复合材料通过限定各原料的种类及其用量，彼此之间相互作用，可提高钨合金复合材料的相对密度，减少甚至避免钨合金复合材料中的孔隙和裂纹，显著提高钨合金复合材料的力学性能，尤其是冲击韧性及硬度。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种钨合金复合材料及其3D打印方法。

背景技术

钨合金复合材料是以钨为基加入其他元素组成的合金材料，现有的钨合金复合材料的制备工艺主要采用粉末冶金成型的方法。由于钨具有低温脆性、韧脆转变温度较高、再结晶温度低等特性，因此，现有的钨合金复合材料大多存在力学性能差的缺陷，尤其是冲击韧性和硬度值，如：含钨量95％的95WNiFe合金的冲击韧性≤0.27MJ/m²，洛式硬度值≤25HRC；含钨量97％的97WNiFe合金的冲击韧性≤0.10MJ/m²，洛式硬度值≤28HRC，这严重影响了钨合金复合材料的应用。

针对上述缺陷，现有技术中提高钨合金复合材料力学性能的方法主要有改善成分配比、细化钨颗粒尺寸、优化制备工艺、采用激光3D打印技术等等，这些方法虽然一定程度上提高了钨合金复合材料的力学性能，但是并不能满足铸造和武器等领域的高力学性能需求。

因此，研发一种新的具有优异的力学性能的钨合金复合材料及其制备方法是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有的钨合金复合材料存在力学性能较差，不能满足铸造和武器等领域的高力学性能需求的缺陷，本发明提供一种具有高力学性能的钨合金复合材料及其3D打印方法。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

一种钨合金复合材料，按照质量百分比计，所述钨合金复合材料由如下原料组成：镀铬碳纤维1.5％-2.0％，铬13.0％-18.0％，钛1.5％-2.5％，钒0.4％-0.8％，钼2.0％-2.5％，锡0.1％-0.3％，镧0.5％-1.5％，铪0.6％-1.2％，锰0.1％-0.3％，余量为W和其它不可避免的杂质元素。

本发明提供的钨合金复合材料，通过添加镀铬碳纤维，极大地阻碍基体钨金属晶粒的粗化，达到细化晶粒的目的，从而提高了材料的强韧性。镀铬碳纤维与铬相互配合，增大了产品的洛氏硬度；本发明提供的技术方案通过限定各原料的种类及其用量，彼此之间相互作用，可提高钨合金复合材料的相对密度，减少甚至避免钨合金复合材料中的孔隙和裂纹，显著提高钨合金复合材料的力学性能，尤其是冲击韧性及硬度，可广泛应用于铸造和武器等领域。

可选地，所述钨合金复合材料的原料的粒径为8-40μm，优先地，所述镀铬碳纤维的直径为8-10μm。

可选地，所述镀铬碳纤维碳含量不低于99wt％，拉伸强度不小于4.5Gpa。

本发明还提供了上述的钨合金复合材料的3D打印方法，包括如下步骤：

将钨合金复合材料的各原料混合后，在激光功率2-4kW，打印环境氧浓度0-300ppm，基板预热温度为100-400℃条件下在激光加热区域，逐层打印，退火，得钨合金复合材料。

本发明提供的钨合金复合材料的3D打印方法，通过限定激光功率、打印环境氧浓度及基板预热温度，结合选区激光熔化成型技术，各参数步骤之间相互配合发挥协同作用，可显著提高3D打印方法制得的钨合金复合材料的力学性能，尤其是冲击韧性、硬度、屈服强度和拉伸强度；而且，该方法与传统的粉末冶金成型的方法相比，具有节省原料，效率高等优点。