[发明专利]一种基于激光熔覆制备高硬度高耐磨刀模的复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于激光熔覆制备高硬度高耐磨刀模的复合材料，包括：微米级球形粉末、纳米级陶瓷粉末和微米级钨包金刚石粉末，所述微米级球形粉末为铁基合金粉末或者镍基合金粉末，所述纳米级陶瓷粉末为碳化物陶瓷粉末，所述纳米级陶瓷粉末包覆在所述微米级球形粉末表面；所述微米级钨包金刚石粉末为纳米级钨粉通过化学镀的方法包覆在金刚石表面制成的钨包金刚石粉末；三种组分按照预定配比制得铁基‑纳米碳化物参钨包金刚石体系或者镍基‑纳米碳化物参钨包金刚石体系的所述复合材料。另外还公开了该复合材料的制备方法。本发明基于激光熔覆制备高硬度高耐磨刀模的复合材料是由纳米陶瓷粉末包覆金属球形粉末和纳米钨包覆金刚石粉末混合而成，不仅增强了耐磨性性，而且提高了硬度，使得刀模可以长期使用。

技术领域

本发明涉及激光金属3D打印技术领域，特别涉及一种基于激光熔覆制备高硬度高耐磨刀模的复合材料，以及该复合材料的制备方法。

背景技术

对于刀模来说，硬度和耐磨性是评价刀模性能的一个重要指标，传统提高刀模性能的方式主要是通过热处理的方式来提高它的性能，存在周期长，处理后产品存在变形等问题。热处理后的刀模往往还需二次加工，使得整个刀模的制备周期长，工艺复杂。

金属3D打印是一种快速成型的方式，由于高冷却速率，得到的成型件内部组织结构细小，成型件的性能可相当于锻件性能，在减少了热处理的环节前提下，还能得到高性能产品。

对于单一合金来说，往往不能同时满足高硬度和高耐磨性，往往需要加入一些增强相来提高打印件的性能。对于两种不同粒径的复合粉成型来说，激光熔覆是一种较好的成型方式。陶瓷颗粒的加入可在一定程度上提高成型件的耐磨性，金刚石颗粒的加入可在一定程度上提高成型件的硬度。但是由于陶瓷颗粒高激光吸收率和本身特性，会导致陶瓷颗粒分布不均匀或者金属未充分熔融，存在成型件性能不一致、孔洞等缺陷。由于金刚石的低熔点，会存在挥发的可能，从而导致孔洞等缺陷。

因此，发明一种刀模用高硬度高耐磨的复合材料成为本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供基于激光熔覆制备高硬度高耐磨刀模的复合材料及其制备方法，通过采用在微米级球形粉末即铁基合金粉末或者镍基合金粉末的表面包覆纳米陶瓷粉末，可以保证铁基合金粉末或者镍基合金粉末的充分熔融，也可使纳米陶瓷粉末均匀地分布在成形件内部，提高耐磨性；通过化学镀的方法在金刚石表面包覆金属钨，由于金属钨的高熔点，可防止全部金刚石熔解，其次即使部分金刚石熔解可与金属钨生成碳化钨，从而进一步提高耐磨性；通过两种包覆粉末的混合，即可保证成型件的高耐磨性，也可保证成型件的高硬度。为了解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：

本发明的一种基于激光熔覆制备高硬度高耐磨刀模的复合材料，所述复合材料包括：微米级球形粉末、纳米级陶瓷粉末和微米级钨包金刚石粉末，所述微米级球形粉末为铁基合金粉末或者镍基合金粉末，所述纳米级陶瓷粉末为碳化物陶瓷粉末，所述纳米级陶瓷粉末包覆在所述微米级球形粉末表面；所述微米级钨包金刚石粉末为纳米级钨粉通过化学镀的方法包覆在金刚石表面制成的钨包金刚石粉末；三种组分按照预定配比制得铁基-纳米碳化物参钨包金刚石体系或者镍基-纳米碳化物参钨包金刚石体系的所述复合材料。

进一步地，所述微米级球形粉末为铁基合金粉末时，组成所述微米级球形粉末的各组分按照重量百分比组成如下：碳0.01％-0.5％、铬5.30％-18.00％、镍0.1％-20％、硼0.1％-2％、硅0.1％-4％，余量为铁。

进一步地，所述微米级球形粉末为铁基合金粉末时，所述复合材料为铁基-纳米碳化物参钨包金刚石体系的复合材料，所述复合材料的各组分按照重量百分比组成如下：铁基合金粉末70％-90％、纳米级陶瓷粉末5％-20％、微米级钨包金刚石粉末5％-30％，各组分百分比之和为100％。