[发明专利]一种WC硬质合金材料的SLM成型方法

说明书

本申请提供了一种WC硬质合金材料的SLM成型方法，包括如下步骤：使用清洁剂对基板表面进行清洁；对成型腔室抽真空；使用保护气体充满成型腔室；对基板进行预热；对硬质合金粉末进行预热，所述硬质合金粉末预热温度与所述基板预热温度相应；将经过预热后的硬质合金粉末进行铺粉；使用激光扫描成型，扫描路径采用层间与层间交替错开扫描；每层扫描采取先扫描区域内部，再扫描轮廓；直至完成成型，并进行热处理。本申请通过本WC硬质合金材料的SLM成型方法，可以获得致密度高的成品，减少粉末融化不全、气隙以及孔洞等一些特殊的成形缺陷，提高成形样件的质量、机械力学性能和部件的服役时间。

【技术领域】

本申请涉及硬质合金技术领域，尤其涉及一种WC硬质合金材料的SLM成型方法。

【背景技术】

激光增材制造技术是一种能同时满足高性能成形和精确成形一体化需求的先进制造技术，具有复杂零件一体化成形、生产周期短、产品多样化且不增加成本、精确实体复制等优点，金属激光选区熔化(SLM)是比激光选区烧结(SLS)技术工艺流程更为简单的金属粉末急速成形技术。

硬质复合材料因拥有高硬度、高强度和耐磨性好的特点，常被用于刀具生产的合金材料。在刀具行业里，硬质复合材料有着举足轻重的地位，尤其是在刀具强度要求较高的服役条件下，如难加工材料的高速加工、大面积矿山开采等情况下，硬质复合材料的高耐磨性和高强度性能够得以充分体现。

特别是在加工特殊结构复杂零件上，增材制造的方式拥有传统减材或等材制造无法媲美的优势。如在加工制造具有冷却流道的刀具时，流道一般采取钻孔的方式，直流道存在冷却不均匀且效果不佳的不足。而激光选区熔化成形技术可以生产制造具有复杂随行冷却流道的刀具结构，具有冷却效率高、均匀，刀具零件使用寿命长、切削磨损低等优点。但是，硬质复合材料增材制造成形过程面临的最大问题在于样件打印过程中，邻近的铺粉层之间、激光扫描路径内部熔融池局部区域可能产生一些特殊的成形缺陷，如粉末融化不全、气隙以及孔洞等，这将影响成形样件的质量、机械力学性能和部件的服役使用安全。

目前，研究人员针对激光选区熔化一次成形硬质合金粉末尚未能获得高致密度的成形工艺。

【发明内容】

本申请的目的在于提供一种WC硬质合金材料的SLM成型方法，包括如下步骤：

S01，使用清洁剂对基板表面进行清洁，清除表面的灰尘和脏物，避免对成形件造型影响；

S02，对成型腔室抽真空后充满保护气体，保护气体从成型腔室顶部周侧对称的向成型层的上方喷出，所述保护气体的喷出速度为3.4-5.4m/s，防止氧化的产生，同时形成对称层流效应，形成自上向下的压力；

S03，对基板进行预热，降低激光照射粉末与基板的温度差，减少成形缺陷的产生；

S04，对硬质合金粉末进行预热，硬质合金粉末预热温度与基板预热温度相应，降低激光照射粉末与基底粉末的温度差，减少成形缺陷的产生；

S05，将经过预热后的硬质合金粉末在基板上进行铺粉，形成单层铺粉，铺粉均匀；

S06，使用激光扫描截面轮廓，每层扫描采取先扫描区域内部，再扫描轮廓，激光功率为270-290W，扫描速度为800-1000mm·s^-1，扫描间距0.06-0.10mm，保护气体喷出角度保持从成型腔室顶部周侧对称的向当前成型层的上方处喷出；当激光功率较低时，金相组织出现大量粉末未完全熔化，形成了尺寸较大的孔洞和裂纹，孔洞和裂纹随着激光功率增大而减少；扫描速度大小显著影响孔洞和裂纹的大小和分布。成形件X-Z平面可见扫描路径熔化道，纵截面X-Z平面区域熔池搭接形成鱼鳞状形貌；适当地增加激光功率，提高激光输出能量，使粉末充分熔化成形，有利于减少成形缺陷(孔洞和裂纹)的产生；从内向外扫描有助于热量的传递，整层受热均匀，使用此工艺参数加工形成的试样成形致密度高；