CN106216662A - 一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用 - Google Patents
一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106216662A CN106216662A CN201610828642.XA CN201610828642A CN106216662A CN 106216662 A CN106216662 A CN 106216662A CN 201610828642 A CN201610828642 A CN 201610828642A CN 106216662 A CN106216662 A CN 106216662A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cermet particles
- wear
- phase
- preparation
- transitional face
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 73
- 239000011195 cermet Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 229910002111 aluminum magnesium boride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 28
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 27
- 229910009043 WC-Co Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 15
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 7
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims description 7
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims description 7
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 6
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 claims description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 abstract description 8
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 30
- 238000001238 wet grinding Methods 0.000 description 23
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 19
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 18
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 18
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 12
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 10
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 6
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 6
- 238000007908 dry granulation Methods 0.000 description 5
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 229910001005 Ni3Al Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000007712 rapid solidification Methods 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002970 Calcium lactobionate Substances 0.000 description 1
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 239000001993 wax Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B22F1/0003—
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
- C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
- C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
- C22C29/067—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds comprising a particular metallic binder
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
- C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
- C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
- C22C29/08—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on tungsten carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
- C22C29/14—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on borides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
- B22F2009/043—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明属于3D打印技术领域，尤其涉及一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用。本发明提供了一种金属陶瓷颗粒，所述金属陶瓷颗粒由中心层至表层依次为：耐磨相、过渡相和增韧基体相；所述耐磨相为AlMgB14复合材料。本发明还提供了一种上述金属陶瓷颗粒的制备方法，本发明还提供了一种上述金属陶瓷颗粒或上述制备方法得到的产品的应用。经实验测定可得，本发明提供的技术方案制得的产品，从而可同时提高金属陶瓷的耐磨性和强度。解决了现有技术中，常规金属陶瓷存在着无法同时提高耐磨性和断裂韧性的技术缺陷。
Description
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，尤其涉及一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用。
背景技术
超硬合金的金属陶瓷颗粒作为一类特殊工具材料已经广泛用于刀具切削、矿产开发、基础建设(盾构工具)以及石油钻井等领域。在这些应用中，常规金属陶瓷遇到的最大挑战是无法同时提高耐磨性和断裂韧性，现有技术中的金属陶瓷，在提高其耐磨性的同时，其断裂韧性将会降低，反之亦然。目前盾构领域的金属陶瓷颗粒主要是粗晶粒的传统的均匀显微结构的硬质合金，虽然断裂韧性较高，但耐磨性非常低，成为凿岩刀具寿命短的根本原因。
现有技术中，常规金属陶瓷存在着无法同时提高耐磨性和断裂韧性的技术缺陷，使得其应用受到限制。
因此，研发出一种金属陶瓷颗粒及其制备方法应用，用于解决现有技术中，常规金属陶瓷存在着无法同时提高耐磨性和断裂韧性的技术缺陷，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种金属陶瓷颗粒及其制备方法应用，用于解决现有技术中，常规金属陶瓷存在着无法同时提高耐磨性和断裂韧性的技术缺陷。
本发明提供了一种金属陶瓷颗粒所述金属陶瓷颗粒由中心层至表层依次为：耐磨相、过渡相和增韧基体相；
所述耐磨相为AlMgB14。
优选地，所述耐磨相的粒径为10～100μm。
优选地，所述过渡相为WC-Co合金；
述过渡相中Co的质量百分含量为6～20％，所述过渡相中WC的粒径为300～5000nm。
优选地，所述增韧基体相选自：WC-Co合金、Co或Ni中的任意一种；
增韧基体相为WC-Co合金时，Co的质量百分含量为15～95％，WC的粒径为20～5000nm。
优选地，所述耐磨相、过渡相和增韧基体相的体积比为(30～80):(2～40):(10～68)。
优选地，所述耐磨相、过渡相和增韧基体相的体积比为(60～70):(15～25):(24～38)。
优选地，所述金属陶瓷颗粒的制粒步骤为：
步骤一、耐磨相制粒后，预烧得第一产物；
步骤二、所述第一产物和过渡相混合，制粒后预烧，得第二产物；
步骤三、所述第二产物和增韧基体相混合，制粒后预烧脱胶，得产金属陶瓷颗粒。
优选地，步骤一所述制粒、步骤二所述制粒和步骤三所述制粒的方法均为：雾化干燥制粒或滚动制粒；
所述金属陶瓷颗粒的粒径为20-500um，形状为球形或近球形。
本发明还提供了一种包括以上任意一项所述金属陶瓷的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：激光选区熔化3D打印法；
所述激光选区熔化3D打印法为铺粉法，所述激光选区熔化3D打印法在氩气或氮气作为保护气条件下进行。其中优选地参数为：激光束的功率为400W，扫描间距为0.06mm，扫描速度为800-1000mm/s，光斑直径为70-100μm，能量密度能达到107W/cm2；
本发明还提供了一种包括以上任意一项所述的金属陶瓷颗粒或以上任意一项所述的制备方法得到的产品在刀具切削、矿产开发、盾构工具以及石油钻井中的应用。
综上所述，本发明提供了一种金属陶瓷颗粒所述金属陶瓷颗粒由中心层至表层依次为：耐磨相、过渡相和增韧基体相；所述耐磨相为金刚石或立方氮化硼。本发明还提供了一种上述金属陶瓷颗粒的制备方法，本发明还提供了一种上述金属陶瓷颗粒或上述制备方法得到的产品的应用。经实验测定可得，本发明提供的技术方案制得的产品，强度可满足刀具切削、矿产开发、盾构工具以及石油钻井应用需求；同时，本发明中的复合金属陶瓷，制备过程中由于激光烧结的快速融化、快速凝固的特点，可以有效控制金属陶瓷中耐磨相颗粒在液相烧结过程中的长大，从而可同时提高金属陶瓷的耐磨性和强度。解决了现有技术中，金属陶瓷颗粒存在着无法同时提高耐磨性和断裂韧性的技术缺陷。
具体实施方式
本发明提供了一种金属陶瓷颗粒及其制备方法应用，用于解决现有技术中，常规金属陶瓷存在着无法同时提高耐磨性和断裂韧性的技术缺陷。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更详细说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种金属陶瓷颗粒及其制备方法应用，进行具体地描述。
实施例1
本实施例为制备产品1的具体实施例。
1)制备耐磨相-过渡相-增韧基体相的体积比为：65:20:30的多级复合金属陶瓷颗粒。
a)按照下述方法制备得到AlMgB14耐磨相：
AlMgB14预反应粉由铝粉、镁粉和硼粉按摩尔比Al：Mg：B＝1:1:14混合均匀后在20MPa下加热至1350-1450℃并保温90min，冷却之后，研磨过筛制得粒径为40μm的耐磨相。
b)按照下述方法制备得到过渡相：
过渡相的WC-Co由85wt.％WC粉末和15wt.％Co粉以及2wt.％石蜡混合制备。将37g混合好的过渡相WC-Co粉末与22g步骤1)制得的耐磨相团粒依次进行湿磨、干燥制粒、过筛、脱蜡、烧结，最终制备出平均粒径为45μm的耐磨相-过渡相团粒。所述湿磨的球磨速度优选为200r/min，湿磨的时间2小时，干燥制粒的温度60℃。脱蜡在氢气中进行，脱蜡温度400℃，脱蜡时间2小时，烧结在真空中进行，烧结温度1200℃。本实施例制备得到的过渡相平均厚度为2.5μm，成分为WC-15wt.％Co。
c)采用WC-70wt.％Co作为基体相，所述基体相的制备方法：
基体相的WC-Co由WC粉末和Co粉混合制备，其中WC粉和Co粉均可在市场购得。将59g步骤b)制备的耐磨相-过渡相团粒与41g的基体相粉末混合，进行1小时湿磨、60℃下干燥制粒、过筛、；将得到的球粒在氢气中400℃下进行2小时的脱蜡，然后在1200℃真空条件下进行烧结。得到多级复合金属陶瓷颗粒。多级复合金属陶瓷颗粒中，以体积分数计，耐磨相57％，过渡相17％，基体相26％。
2)激光选区熔化(SLM)直接法3D制备硬质合金：
将步骤1)最终制备的多级复合金属陶瓷颗粒在SLM(选区激光熔化)类型设备中平铺后在1400-1500度温度加热形成当前层；
采用激光束按照预设的当前层截面轮廓进行扫描，使硬质合金颗粒烧结，形成截面层；激光束的功率为400W，扫描间距为0.06mm，扫描速度为800mm/s，光斑直径为200μm，能量密度能达到107W/cm2；
在截面层上再次平铺硬质合金颗粒重复上述步骤的操作过程，直至得到预设形状的硬质合金。
实施例2
本实施例为制备产品2的具体实施例。
1)制备耐磨相-过渡相-增韧基体相的体积比为：60:15:38的多级复合金属陶瓷颗粒。
a)按照下述方法制备得到耐磨相：
将10wt.％Ni3Al、80wt.％AlMgB14、10wt.％SiC和2wt.％石蜡混合，得到混合物；将所述混合物依次进行湿磨、干燥制粒、过筛、脱蜡和烧结，得到耐磨相团粒。所述湿磨的球磨速度优选为200r/min，湿磨的时间48小时，干燥制粒的温度60℃。脱蜡在氢气中进行，脱蜡温度400℃，脱蜡时间2小时，烧结在真空中进行，烧结温度1450℃。本实施例制备得到的耐磨相的粒径为40μm，成分为AlMgB14-10Ni-10SiC。
b)按照下述方法制备得到过渡相：
过渡相的WC-Co由85wt.％WC粉末和15wt.％Co粉以及2wt％石蜡混合制备。将27g混合好的过渡相WC-Co粉末与22g步骤1)制得的耐磨相团粒依次进行湿磨、干燥制粒、过筛、脱蜡、烧结，最终制备出平均粒径为44μm的耐磨相-过渡相团粒。所述湿磨的球磨速度优选为200r/min，湿磨的时间2小时，干燥制粒的温度60℃。脱蜡在氢气中进行，脱蜡温度400℃，脱蜡时间2小时，烧结在真空中进行，烧结温度1200℃。本实施例制备得到的过渡相的平均厚度为2μm，成分为WC-15wt.％Co。
c)采用WC-70wt.％Co作为基体相，所述基体相制备方法：
基体相的WC-Co由WC粉末和Co粉混合制备，其中WC粉和Co粉均可在市场购得。将49g步骤b)制备的耐磨相-过渡相团粒与51g的基体相粉末混合，进行1小时湿磨、60℃下干燥制粒、过筛、；将得到的球粒在氢气中400℃下进行2小时的脱蜡，然后在1200℃真空条件下进行烧结。得到多级复合金属陶瓷颗粒。多级复合金属陶瓷颗粒中，以体积分数计，耐磨相53％，过渡相13％，基体相34％。
2)激光选区熔化(SLM)直接法3D制备硬质合金：
将步骤1)最终制备的多级复合金属陶瓷颗粒在SLM(选区激光熔化)类型设备中平铺后在1400-1500度温度加热形成当前层或不用加热；
采用激光束按照预设的当前层截面轮廓进行扫描，使硬质合金颗粒烧结，形成截面层；激光束的功率为400W，扫描间距为0.06mm，扫描速度为1000mm/s，光斑直径为70μm，能量密度能达到107W/cm2；
在截面层上再次平铺硬质合金颗粒重复上述步骤的操作过程，直至得到预设形状的硬质合金。
实施例3
本实施例为制备产品3的具体实施例。
1)制备耐磨相-过渡相-增韧基体相的体积比为：70:25:24的多级复合金属陶瓷颗粒。
a)按照下述方法制备得到耐磨相：
将80wt.％AlMgB14-10wt.％SiC-10Ni3Al和2wt.％石蜡混合，得到混合物；将所述混合物依次进行湿磨、干燥制粒、过筛、脱蜡和烧结，得到耐磨相团粒。所述湿磨的球磨速度为200r/min，湿磨的时间48小时，干燥制粒的温度60℃。脱蜡在氢气中进行，脱蜡温度400℃，脱蜡时间2小时，烧结在真空中进行，烧结温度1450℃。本实施例制备得到的耐磨相的粒径为40μm，成分为AlMgB14-10SiC-10Ni3Al。
b)按照下述方法制备得到过渡相：
过渡相的WC-Co由85wt.％WC粉末和15wt.％Co粉以及2wt.％成型剂混合制备。将44g混合好的过渡相WC-Co粉末与25g步骤1)制得的耐磨相团粒依次进行湿磨、干燥制粒、过筛、脱蜡、烧结，最终制备出平均粒径为45μm的耐磨相-过渡相团粒。所述湿磨的球磨速度优选为200r/min，湿磨的时间2小时，干燥制粒的温度60℃。脱蜡在氢气中进行，脱蜡温度400℃，脱蜡时间2小时，烧结在真空中进行，烧结温度1200℃。本实施例制备得到的过渡相的平均厚度为2.5μm，成分为WC-15wt.％Co。
c)采用WC-70wt.％Co作为基体相，所述基体相的制备方法：
基体相的WC-Co由WC粉末和Co粉混合制备，其中WC粉和Co粉均可在市场购得。将69g步骤2)制备的耐磨相-过渡相团粒与31g的基体相粉末混合，进行1小时湿磨、60℃下干燥制粒、过筛、；将得到的球粒在氢气中400℃下进行2小时的脱蜡，然后在1200℃真空条件下进行烧结。得到多级复合金属陶瓷颗粒。多级复合金属陶瓷颗粒中，以体积分数计，耐磨相59％，过渡相21％，基体相20％。
2)激光选区熔化(SLM)直接法3D制备硬质合金：
将步骤1)最终制备的多级复合金属陶瓷颗粒在SLM(选区激光熔化)类型设备中平铺后在1400-1500度温度加热形成当前层或不用加热；
采用激光束按照预设的当前层截面轮廓进行扫描，使硬质合金颗粒烧结，形成截面层；激光束的功率为400W，扫描间距为0.06mm，扫描速度为800mm/s，光斑直径为70μm，能量密度能达到107W/cm2；
在截面层上再次平铺硬质合金颗粒重复上述步骤的操作过程，直至得到预设形状的硬质合金。
实施例4
本实施例为制备产品4的具体实施例。
1)制备耐磨相-过渡相-增韧基体相的体积比为：40:30:58的多级复合金属陶瓷颗粒。
a)按照下述方法制备得到耐磨相：
将80wt.％AlMgB14-10wt.％SiC-10wt.％Ni3Al和2wt.％石蜡混合，得到混合物；将所述混合物依次进行湿磨、干燥制粒、过筛、脱蜡和烧结，得到耐磨相团粒。所述湿磨的球磨速度为200r/min，湿磨的时间48小时，干燥制粒的温度60℃。脱蜡在氢气中进行，脱蜡温度400℃，脱蜡时间2小时，烧结在真空中进行，烧结温度1450℃。本实施例制备得到的耐磨相的粒径为40μm，成分为AlMgB14-10SiC-10Ni3Al。
b)按照下述方法制备得到过渡相层：
将85wt.％WC-15wt.％Co和石蜡混合，得到混合物；
将37g所述混合物与10g所述耐磨相团粒在200r/min下进行2小时湿磨、60℃下干燥制粒、过筛；将得到的球粒在氢气中400℃下进行0.5小时的脱蜡，然后在1200℃真空条件下进行烧结，得到耐磨相与过渡相层组成的团粒，所述过渡相层的平均厚度为5μm。
e)采用30wt.％WC-70wt.％Co合金作为基体相，所述基体相的制备方法为：
将30wt.％WC-70wt.％Co和石蜡混合，得到混合物；
将53g所述混合物与47g耐磨相与过渡相层组成的团粒在200r/min下进行1小时湿磨、60℃下干燥制粒、过筛；将得到的球粒在氢气中400℃下进行2小时的脱蜡，得到最终的多级复合金属陶瓷颗粒。多级复合金属陶瓷颗粒中，耐磨相-过渡相团粒的平均粒径为62μm，以体积分数计，耐磨相31％，过渡相23％，基体相45％。
2)激光选区熔化(SLM)直接法3D制备硬质合金：
将步骤1)最终制备的多级复合金属陶瓷颗粒在SLM(选区激光熔化)类型设备中平铺后在1400-1500度温度加热形成当前层或不用加热；
采用激光束按照预设的当前层截面轮廓进行扫描，使硬质合金颗粒烧结，形成截面层；激光束的功率为400W，扫描间距为0.06mm，扫描速度为800mm/s，光斑直径为70μm，能量密度能达到107W/cm2；
在截面层上再次平铺硬质合金颗粒重复上述步骤的操作过程，直至得到预设形状的硬质合金。
实施例5
本实施例为制备产品5的具体实施例。
1)制备均匀结构金属陶瓷粉末
将22wt.％AlMgB14(粒度1um)-43.75wt.％WC(粒度1um)-34.25wt.％Co和2wt.％石蜡混合，得到混合物；将所述混合物依次进行湿磨、干燥制粒。对比例-实施例5中的金属陶瓷粉末成分与实施例1的总成分完全一致，不同的是对比例-实施例5为均匀结构粉末体系而实施例1为复合结构粉末体系。
2)传统高温烧结硬质合金
将步骤1)最终制备的多级复合金属陶瓷颗粒压制坯体：将坯料压制成型，得坯体。将坯体在400℃氢气中脱蜡。
烧结：将坯体置于烧结炉中，在Ar气惰性气氛下，以5-8℃/min的速度升温至1400℃，保温60min，坯体随炉冷却至室温。
本发明按照ASTM E399测试了本发明中金属陶瓷的断裂韧性，结果表明，本发明中的实施例1-6中的多级复合金属陶瓷的断裂韧性高达20MPa·m1/2。
本发明按照ASTM B611测试了本发明中硬质合金的耐磨性，结果表明，本发明中的实施例1-6中的多级复合金属陶瓷的耐磨性比结构均匀的常规金属陶瓷提高30-45％。。
本发明测试了本发明中多级复合金属陶瓷的维氏硬度，结果表明，本发明中的实施例1-6中的多级复合金属陶瓷的硬度高达22GPa。
按照上述技术方案所述的方法测试本发明中的7个实施例制备得到的硬质合金的硬度、断裂韧性和耐磨性，检测结果如表1所示。
表1本发明实施例制备得到的硬质合金的性能测试结果
从实施例1至实施例5可以得出，实施例1～实施例4制得的产品1～产品4的断裂韧性及耐磨性在满足刀具切削、矿产开发、盾构工具以及石油钻井应用需求的基础上，还可以同时提高耐磨性和断裂韧性。解决了现有技术中，常规金属陶瓷存在着无法同时提高耐磨性和断裂韧性的技术缺陷。
综上所述，本发明提供了一种金属陶瓷颗粒所述金属陶瓷颗粒由中心层至表层依次为：耐磨相、过渡相和增韧基体相；所述耐磨相为AlMgB14复合材料。本发明还提供了一种上述金属陶瓷颗粒的制备方法，本发明还提供了一种上述金属陶瓷颗粒或上述制备方法得到的产品的应用。经实验测定可得，本发明提供的技术方案制得的产品，强度可满足刀具切削、矿产开发、盾构工具以及石油钻井应用需求；同时，本发明中的复合金属陶瓷，制备过程中由于激光烧结的快速融化、快速凝固的特点，可以有效控制金属陶瓷中耐磨相颗粒在液相烧结过程中的长大，从而可同时提高金属陶瓷的耐磨性和强度。解决了现有技术中，常规金属陶瓷存在着无法同时提高耐磨性和断裂韧性的技术缺陷。而且，本发明的制备方法选用3D打印技术，3D打印技术具有高速、高效以及高精度的优点，可制备任意复杂形状的超硬合金工具件，同时还可以节省大量的模具制造成本和机加工成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种金属陶瓷颗粒，其特征在于，所述金属陶瓷颗粒由中心层至表层依次为：耐磨相、过渡相和增韧基体相；
所述耐磨相为AlMgB14复合材料。
2.根据权利要求1所述的金属陶瓷颗粒，其特征在于，所述耐磨相的粒径为10～350μm。
3.根据权利要求1所述的金属陶瓷颗粒，其特征在于，所述过渡相为WC-Co合金；
所述过渡相中Co的质量百分含量为6～20％，所述过渡相中WC的粒径为300～5000nm。
4.根据权利要求1所述的金属陶瓷颗粒，其特征在于，所述增韧基体相选自：WC-Co合金、Co或Ni中的任意一种；
所述增韧基体相为WC-Co合金时，Co的质量百分含量为15～95％，WC的粒径为20～5000nm。
5.根据权利要求1所述的金属陶瓷颗粒，其特征在于，所述耐磨相、过渡相和增韧基体相的体积比为(30～80):(2～40):(10～68)。
6.根据权利要求5所述的金属陶瓷颗粒，其特征在于，所述耐磨相、过渡相和增韧基体相的体积比为(60～70):(15～25):(24～38)。
7.一种包括权利要求1至6任意一项所述金属陶瓷颗粒的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：激光选区熔化3D打印法；
所述激光选区熔化3D打印法在氩气或氮气作为保护气条件下进行。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述激光选区熔化3D打印法的步骤为：
步骤一、耐磨相制粒后，预烧得第一产物；
步骤二、所述第一产物和过渡相混合，制粒后预烧，得第二产物；
步骤三、所述第二产物和增韧基体相混合，制粒后预烧脱胶，得金属陶瓷颗粒；
步骤四、所述金属陶瓷颗粒，激光选区熔化3D打印法，得金属陶瓷颗粒。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤一所述制粒、步骤二所述制粒和步骤三所述制粒的方法均为：雾化干燥制粒或滚动制粒；
所述产品的粒径为10～500μm。
10.一种包括权利要求1至6任意一项所述的金属陶瓷颗粒或权利要求7至9任意一项所述的制备方法得到的产品在刀具切削、矿产开发、盾构工具以及石油钻井中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610828642.XA CN106216662A (zh) | 2016-09-18 | 2016-09-18 | 一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610828642.XA CN106216662A (zh) | 2016-09-18 | 2016-09-18 | 一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106216662A true CN106216662A (zh) | 2016-12-14 |
Family
ID=58076472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610828642.XA Pending CN106216662A (zh) | 2016-09-18 | 2016-09-18 | 一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106216662A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106521214A (zh) * | 2017-01-04 | 2017-03-22 | 东莞宜安科技股份有限公司 | 一种复合金属陶瓷及其应用 |
| CN106735217A (zh) * | 2017-01-04 | 2017-05-31 | 东莞宜安科技股份有限公司 | 一种复合金属陶瓷的制备方法及其应用 |
| CN108517449A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-09-11 | 西安交通大学 | 一种Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷及其制备工艺 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1195387A (zh) * | 1995-08-03 | 1998-10-07 | 德雷瑟工业公司 | 利用被包复的钻石颗粒进行表面硬化 |
| US6162276A (en) * | 1996-10-02 | 2000-12-19 | Fraunhofer-Gesellschaft Zu Forderung Der Angewandten Forschung E.V. | Coating powder and method for its production |
| US20050275143A1 (en) * | 2004-06-10 | 2005-12-15 | Toth Richard E | Method for consolidating tough coated hard powders |
| CN1847442A (zh) * | 2005-03-29 | 2006-10-18 | 日立粉末冶金株式会社 | 耐磨损性烧结部件及其制造方法 |
| US20080202821A1 (en) * | 2007-02-23 | 2008-08-28 | Mcclain Eric E | Multi-Layer Encapsulation of Diamond Grit for Use in Earth-Boring Bits |
| WO2010110197A1 (ja) * | 2009-03-24 | 2010-09-30 | 住友電気工業株式会社 | サーメット |
| CN105142825A (zh) * | 2012-09-27 | 2015-12-09 | 阿洛梅特公司 | 形成具有功能梯度材料的新颖组合物的金属或陶瓷制品的方法和包含所述组合物的制品 |
| US20160175929A1 (en) * | 2013-07-04 | 2016-06-23 | Snecma | Process for additive manufacturing of parts by melting or sintering particles of powder(s) using a high-energy beam with powders adapted to the targeted process/material pair |
| CN105817619A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-08-03 | 广东工业大学 | 一种多级复合金属陶瓷、其制备方法及盾构刀具 |
-
2016
- 2016-09-18 CN CN201610828642.XA patent/CN106216662A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1195387A (zh) * | 1995-08-03 | 1998-10-07 | 德雷瑟工业公司 | 利用被包复的钻石颗粒进行表面硬化 |
| US6162276A (en) * | 1996-10-02 | 2000-12-19 | Fraunhofer-Gesellschaft Zu Forderung Der Angewandten Forschung E.V. | Coating powder and method for its production |
| US20050275143A1 (en) * | 2004-06-10 | 2005-12-15 | Toth Richard E | Method for consolidating tough coated hard powders |
| CN1847442A (zh) * | 2005-03-29 | 2006-10-18 | 日立粉末冶金株式会社 | 耐磨损性烧结部件及其制造方法 |
| US20080202821A1 (en) * | 2007-02-23 | 2008-08-28 | Mcclain Eric E | Multi-Layer Encapsulation of Diamond Grit for Use in Earth-Boring Bits |
| WO2010110197A1 (ja) * | 2009-03-24 | 2010-09-30 | 住友電気工業株式会社 | サーメット |
| CN105142825A (zh) * | 2012-09-27 | 2015-12-09 | 阿洛梅特公司 | 形成具有功能梯度材料的新颖组合物的金属或陶瓷制品的方法和包含所述组合物的制品 |
| US20160175929A1 (en) * | 2013-07-04 | 2016-06-23 | Snecma | Process for additive manufacturing of parts by melting or sintering particles of powder(s) using a high-energy beam with powders adapted to the targeted process/material pair |
| CN105817619A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-08-03 | 广东工业大学 | 一种多级复合金属陶瓷、其制备方法及盾构刀具 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106521214A (zh) * | 2017-01-04 | 2017-03-22 | 东莞宜安科技股份有限公司 | 一种复合金属陶瓷及其应用 |
| CN106735217A (zh) * | 2017-01-04 | 2017-05-31 | 东莞宜安科技股份有限公司 | 一种复合金属陶瓷的制备方法及其应用 |
| CN108517449A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-09-11 | 西安交通大学 | 一种Ti(C,N)-304不锈钢金属陶瓷及其制备工艺 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108823478B (zh) | 超细高熵合金粘结相金属陶瓷及其制备方法 | |
| CN105817619B (zh) | 以W/Re-B-Ni3Al-SiC合金为耐磨相的复合金属陶瓷及其制备方法与应用 | |
| CN100569978C (zh) | 纳米WC-Co复合粉改性的Ti(CN)基金属陶瓷及其制备方法 | |
| CN106216662A (zh) | 一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用 | |
| CN108642361B (zh) | 一种高强度高硬度陶瓷材料及其生产工艺 | |
| US20140165474A1 (en) | Titanium Diboride Composition in PCBN | |
| CN106041760A (zh) | 一种自锐性金刚石砂轮及其制备方法 | |
| CN106270490B (zh) | 表层为TiC-Ni-10TaC-10Mo2C金属陶瓷层的硬质合金及其制备方法 | |
| WO2003074744A2 (en) | Method of making a ceramic body of densified tungsten carbide | |
| CN103266258A (zh) | 稀土预合金粉末及其制备方法 | |
| CN104946914B (zh) | 一种金属基功能梯度复合材料的成型方法 | |
| CN107116490B (zh) | 节块式金刚石刀头的shs制备方法 | |
| CN104032153A (zh) | 一种高强韧微晶硬质合金的制造方法 | |
| CN112743080A (zh) | 一种高耐热性原位一体化制备Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料的方法 | |
| CN112745127A (zh) | 一种氮化硅陶瓷刀具及其制备方法和应用 | |
| CN109175388A (zh) | 一种高性能金刚石锯片及其制备方法 | |
| CN110653373B (zh) | 一种多孔金刚石磨具用胎体材料及制备方法 | |
| CN109628786B (zh) | 一种耐高温强韧化Ti（C,N）基金属陶瓷产品的成型制备方法 | |
| CN107866754A (zh) | 一种基于石墨烯复合结合剂的多孔立方氮化硼砂轮工作层及其制备方法 | |
| CN106312048A (zh) | 一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用 | |
| CN106216663A (zh) | 一种金属陶瓷颗粒及其制备方法应用 | |
| CN106392081B (zh) | 一种表层富含陶瓷相的硬质合金及其制备方法 | |
| CN106270492A (zh) | 一种复合金属陶瓷及其制备方法与应用 | |
| CN110509192B (zh) | 金属玻璃结合剂及其制备方法、砂轮及其制备方法和应用 | |
| CN106367652B (zh) | 一种硬质合金颗粒及其制备方法和硬质合金及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161214 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |