CN114713827A - 一种3d打印用硬质合金/金属陶瓷粉末及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末的制备方法，包括如下步骤：采用气流粉碎分级技术分别将硬质相/陶瓷相粉末、粘结相金属粉末进行解聚、破碎和分级；将硬质相/陶瓷相粉末、粘结相金属粉末和增稠剂加入到溶液中，得到凝胶悬浮液；将凝胶悬浮液喷雾干燥获得多孔球形粉末；对多孔球形粉末进行预烧结‑还原处理，得到初步致密球形粉末；解聚和分级处理后再进行等离子体球化，得到高致密球形硬质合金/金属陶瓷粉末。本发明提供的3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末的制备方法，制备的球形粉末具有硬质相/陶瓷相结构可控、致密度高、物相分布和球形颗粒粒径高度均匀的特点。本发明还提供一种由该方法制备得到的硬质合金/金属陶瓷粉末。

Description

一种3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末及其制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金与粉末工程技术领域，具体涉及一种3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末及其制备方法。
背景技术
硬质合金和金属陶瓷是通过粉末冶金方法制备的一种复合材料，其主要由硬质相/陶瓷相粒子和粘结相金属组成。传统粉末冶金方法制备硬质合金/金属陶瓷的过程包括硬质相/陶瓷相粒子-粘结相金属混合料制备、压制成形和烧结等工艺。常用的成形工艺有模压成形、挤压成形、注射成形等。受模具制造、形状等的限制，在实际生产中，仍有一些形状复杂的零部件很难采用传统压制工艺成形，从而限制了硬质合金/金属陶瓷的应用。
增材制造(3D打印)作为一种新兴的先进成型技术，已经在航空航天材料、生物材料等领域得到应用，并正向更多的材料制造领域扩展。由于潜在的技术和成本优势，国内外企业和研发机构正在致力于3D打印硬质合金和金属陶瓷的研发。与现有的硬质合金/金属陶瓷制造方法相比，3D打印技术不仅能制造出形状更为复杂、密度更加均匀的坯体，而且还能省去模具制造，节约制造成本。与金属、高分子材料的3D打印技术相比，硬质合金/金属陶瓷的3D打印技术起步较晚。目前，3D打印硬质合金/金属陶瓷成形方法主要有喷胶粘粉技术(binder jetting 3D printing，BJ3DP)、选择性激光烧结技术(selective lasersintering，SLS)、选区激光熔化(selective laser melting，SLM)等。然而，由于原材料熔点高、晶体生长和颗粒重排不够充分等原因，现有的3D打印技术难以获得结构与性能媲美传统粉末冶金方法制备的硬质合金和金属陶瓷。对硬质相/陶瓷相粉末、粘结相粉末等的物理性能及均匀性的高要求在很大程度上制约了3D打印技术在硬质合金和金属陶瓷领域的发展。
混合粉末/浆料的制备是3D打印成形的重要一步。金属/合金3D打印用粉末的制备通常采用气雾化、等离子球化等方法制备，但硬质合金/金属陶瓷的硬质相/陶瓷相熔点通常在2000℃以上，难以采用气雾化、等离子球化等方法制备。申请号CN202010575189.2的中国专利公开了通过球磨+预烧结+机械破碎的方式制备3D打印用硬质合金粉末。申请号为US20170072469A1的美国专利提供了一种制备致密球形硬质合金或金属陶瓷颗粒粉末的方法，其主要步骤包括球形粉末的形成和烧结。但专利申请US20170072469A1未公布球形粉末形成前硬质/陶瓷粒子与粘结相金属均匀混合的方法，专利申请CN202010575189.2则通过球磨的方式将WC粉末与Co粉混合均匀。中国专利CN201510107078.8也提出了采用湿磨工艺获得硬质合金3D打印用粉末。
如前所述，3D打印技术对硬质相/陶瓷相粉末、粘结相粉末的物理性能及均匀性有极高的要求。传统球磨法生产均匀复合粉末或者粉末混合物存在缺陷。例如，长时间、高强度球磨导致硬质相/陶瓷相晶粒粒径急剧下降以及产生过宽的晶粒粒径分布，而球磨强度不足则成分分散不均匀。这种粉末缺陷在3D打印制备硬质合金/金属陶瓷时表现尤为明显，以激光选区熔化制备硬质合金/金属陶瓷为例，在激光扫描过程中，快速的熔化和凝固使材料无法完成液相充分流动和颗粒重排，短时液相的出现导致硬质相/陶瓷相晶粒的溶解再析出长大受限。也就是说，用于3D打印的原料粉末结构对3D打印硬质合金/金属陶瓷的结构有至关重要的意义。另一方面，如何提高3D打印硬质合金/金属陶瓷的表面质量、致密度、性能指标和打印效率一直是研究人员重点关注的领域，而粉末的粒度和质量对于实现这些目标是至关重要的。
鉴于此，有必要提供一种新的工艺解决上述技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末的制备方法，制备的球形粉末具有硬质相/陶瓷相结构可控、致密度高、物相分布和球形颗粒粒径高度均匀的特点；且工艺简单、成本低。
为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：
一种3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1，采用气流粉碎分级技术分别将硬质相/陶瓷相原料粉末、粘结相金属原料粉末进行解聚、破碎和分级，得到均匀且粒度分布范围窄的硬质相/陶瓷相粉末和粘结相金属粉末；
步骤S2，将硬质相/陶瓷相粉末、粘结相金属粉末和增稠剂加入到溶液中，搅拌分散均匀，得到凝胶悬浮液；
步骤S3，将凝胶悬浮液在保护性气氛下喷雾干燥获得多孔球形粉末；
步骤S4，在还原性或保护性气氛下，对步骤S3所得多孔球形粉末进行预烧结-还原处理，去除增稠剂，得到初步致密球形硬质合金/金属陶瓷粉末；
步骤S5，采用气流粉碎分级技术将步骤S4获得的初步致密球形硬质合金/金属陶瓷粉末进行解聚和分级，得到均匀且粒度分布范围窄的硬质相/陶瓷相粉末；
步骤S6，将步骤S5获得的硬质相/陶瓷相粉末进行等离子体球化，得到高致密球形硬质合金/金属陶瓷粉末。
进一步地，步骤S1中，硬质相/陶瓷相粉末为碳化钨、碳化钼、碳化钛、氮化钛、碳氮化钛、碳化钽、碳化铌、碳化硅、硼化钛、碳化硼、硼化铼、氧化铝、氧化锆、氧化镁中的至少一种；
粘结相金属原料粉末为金属Co、Ni、Fe、Mn、Cu、Zn、Al、Sn、Cr、W、Mo中的至少一种。
进一步地，步骤S1中，经气流粉碎分级获得的硬质相/陶瓷相粉末的平均粒度为0.1～30μm；粘结相粉末的平均粒度0.2～100μm。
进一步地，步骤S1和步骤S5中，气流粉碎分级技术为采用对喷式气流磨进行气流粉碎分级，其工作参数为：进料速度10～500Kg/h，气流磨工作压力1.5～25MPa，旋风收集器风压1.2～20KPa。
进一步地，步骤S2中，溶液与粉末材料的体积比为1:1-8:1，增稠剂的加量为溶液质量的0.3-5.5％；其中溶液为去离子水、醇类有机溶液、或去离子水与醇类有机溶液的混合液；
增稠剂为羧甲基纤维素、甲基纤维素、聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种；
醇类有机溶液为甲醇、乙醇、乙二醇、二乙二醇、丙二醇、丙三醇中的至少一种。
进一步地，步骤S3中，保护性气氛为氮气或氩气，喷雾干燥的温度为50～100℃。
进一步地，步骤S4中，还原性或保护性气体为氢气、一氧化碳、甲烷、氮气、氩气中的至少一种；预烧结工艺的加热温度为500～1200℃，加热保温时间为30～180min。
进一步地，步骤S6中，获得的高致密球形硬质合金/金属陶瓷粉末平均粒度为5-100μm，平均孔隙度低于2％；其中硬质相/陶瓷相的质量分数为60～96％，粘结相金属的质量分数为4～40％。
进一步地，步骤S6中，等离子体球化的工作参数为：功率10～40KW，工作气体为氮气、氩气、氢气中的一种或多种。
本发明还提供一种3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末，由上述制备方法制备得到。
与现有技术相比，本发明提供的3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末及其制备方法，有益效果在于：
一、本发明提供的3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末的制备方法，应用液相凝胶分散技术解决了高密度的硬质相/陶瓷相粒子与低密度的粘结相金属在溶液中分层的问题，在免除机械球磨的条件下实现硬质相/陶瓷相与粘结相的均匀分散。
二、本发明提供的3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末的制备方法，其硬质相/陶瓷相原料粉末经过解聚、破碎和分级处理，具有可控的晶体结构，并且在免球磨条件下与粘结相金属均匀复合，解决了硬质相/陶瓷相-粘结相金属粉末制备时存在的硬质相/陶瓷相晶体结构调控与粘结相均匀分布难以兼顾的矛盾。从根本上避免了成分偏析，制备的3D打印材料组织均匀、性能趋于一致。
三、本发明提供的3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末的制备方法，喷雾干燥获得的多孔球形粉末在预烧结后进行解聚和分级处理，获得初步致密且粒径均匀、可控的球形粉末，在此基础上，应用等离子球化技术再次球化、致密化，获得高致密球形粉末。本发明的方法所制备的粉末材料具有良好的流动性能和充填性能，且所制备的粉末材料凭借致密的球形硬质合金/金属陶瓷颗粒赋予3D打印材料或生坯高填充密度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为传统方法制备的硬质合金/金属陶瓷粉末与本发明制备的3D打印用硬质合金/金属陶瓷球形粉末结构对比示意图；
图2为实施例1所得多孔球形粉末的SEM图；
图3为实施例1所得初步致密球形粉末的SEM图；
图4为实施例1所得高致密球形WC-10wt.％Co硬质合金粉末的SEM图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应该被视为在本文中具体公开。
一种3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1，采用气流粉碎分级技术分别将硬质相/陶瓷相原料粉末、粘结相金属原料粉末进行解聚、破碎和分级，得到均匀且粒度分布范围窄的硬质相/陶瓷相粉末和粘结相金属粉末；
具体的，硬质相/陶瓷相粉末为碳化钨、碳化钼、碳化钛、氮化钛、碳氮化钛、碳化钽、碳化铌、碳化硅、硼化钛、碳化硼、硼化铼、氧化铝、氧化锆、氧化镁中的至少一种；粘结相金属原料粉末为金属Co、Ni、Fe、Mn、Cu、Zn、Al、Sn、Cr、W、Mo中的至少一种；
气流粉碎分级技术为采用对喷式气流磨进行气流粉碎分级，其工作参数为：进料速度10～500Kg/h，如可以是10Kg/h、50Kg/h、100Kg/h、200Kg/h、300Kg/h、400Kg/h或500Kg/h，也可以为该范围内的其他数值，具体根据实际工况调整；气流磨工作压力1.5～25MPa，如可以是1.5MPa、5MPa、8MPa、10MPa、12MPa、15MPa、18MPa、20MPa或25MPa，也可以为该范围内的其他压力值，具体根据实际工况调整；旋风收集器风压1.2～20KPa，如可以是1.2KPa、2KPa、5KPa、8KPa、10KPa、12KPa、15KPa、18KPa或20KPa，也可以为该范围内的其他风压值，具体根据实际工况调整；
经气流粉碎分级获得的硬质相/陶瓷相粉末的平均粒度为0.1～30μm，如可以是0.1μm、0.2μm、0.5μm、1μm、2μm、5μm、8μm、10μm、12μm、15μm、20μm、25μm或30μm，也可以为该范围内的其他粒度值；
粘结相粉末的平均粒度0.2～100μm，如可以是0.2μm、0.4μm、0.5μm、0.8μm、1μm、2μm、5μm、10μm、15μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm，也可以为该范围内的其他粒度值。
步骤S2，将硬质相/陶瓷相粉末、粘结相金属粉末和增稠剂加入到溶液中，搅拌分散均匀，得到凝胶悬浮液；
具体的，溶液与粉末材料的体积比为1:1-8:1，如可以是1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1或8:1，还可以为该范围内的其他体积比值；
增稠剂的加量为溶液质量的0.3-5.5％，如可以是0.3％、0.6％、0.7％、0.8％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、5.0％或5.5％，也可以为该范围内的其他数值；其中增稠剂为羧甲基纤维素、甲基纤维素、聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种；
溶液为去离子水、醇类有机溶液、或去离子水与醇类有机溶液的混合液；其中醇类有机溶液为甲醇、乙醇、乙二醇、二乙二醇、丙二醇、丙三醇中的至少一种。
步骤S3，将凝胶悬浮液在保护性气氛下喷雾干燥获得多孔球形粉末；
具体的，保护性气氛为氮气或氩气，喷雾干燥的温度为50～100℃；具体的，喷雾干燥温度可以为50℃、60℃、70℃、80℃、90℃或100℃，还可以为该范围内的其他温度值；
步骤S4，在还原性或惰性气氛下，对步骤S3所得多孔球形粉末进行预烧结-还原处理，去除增稠剂，得到初步致密球形硬质合金/金属陶瓷粉末；
具体的，还原性或保护性气体为氢气、一氧化碳、甲烷、氮气、氩气中至少一种；
预烧结工艺的加热温度为500～1200℃，如可以是500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃或1200℃，也可以为该范围内的其他温度值；
加热保温时间为30～180min，如可以是30min、50min、80min、100min、120min、150min或180min，也可以是该范围内的其他时间值。
步骤S5，采用气流粉碎分级技术将步骤S4获得的初步致密球形硬质合金/金属陶瓷粉末进行解聚和分级，得到均匀且粒度分布范围窄的硬质相/陶瓷相粉末；
具体的，气流粉碎分级工艺参照步骤S1。
步骤S6，将步骤S5获得的硬质相/陶瓷相粉末进行等离子体球化，得到高致密球形硬质合金/金属陶瓷粉末；
具体的，等离子体球化的工作参数为：功率10～40KW，如可以是10KW、20KW、30KW或40KW，也可以为该范围内的其他功率值；工作气体为氮气、氩气、氢气中的一种或多种；
获得的高致密球形硬质合金/金属陶瓷粉末平均粒度为5-100μm，平均孔隙度低于2％；
其中硬质相/陶瓷相的质量分数为60～96％，粘结相金属的质量分数为4～40％，如可以是硬质相/陶瓷相的质量分数为60％，粘结相金属的质量分数为40％；或硬质相/陶瓷相的质量分数为70％，粘结相金属的质量分数为30％；或硬质相/陶瓷相的质量分数为80％，粘结相金属的质量分数为20％；或硬质相/陶瓷相的质量分数为90％，粘结相金属的质量分数为10％；或硬质相/陶瓷相的质量分数为96％，粘结相金属的质量分数为4％；或是该范围内的其他配比。
请参阅图1，为传统方法制备的硬质合金/金属陶瓷粉末与本发明制备的3D打印用硬质合金/金属陶瓷球形粉末结构对比示意图，其中(a)表示传统方法制备的硬质合金/金属陶瓷粉末，(b)表示本发明制备的3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末。从图1(a)、图1(b)可以看到，本发明制备的3D打印用硬质合金/金属陶瓷球形粉末具有孔隙度低、球形粉末粒径均匀、球形粉末内部的硬质相/陶瓷相颗粒结构均匀可控的特点。
以下通过具体的实施例对本发明的3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末的制备方法进行详细阐述。
实施例1
一种3D打印用WC-10wt.％Co硬质合金粉末，其制备方法包括如下步骤：
步骤S1，采用对喷式单级气流磨将500Kg平均粒度为5μm的WC进行解聚和分级，获得平均粒度为0.4μm的超细WC，对喷式单级气流磨主要工作参数为进料速度50Kg/h，气流磨工作压力15MPa，旋风收集器风压10KPa；
步骤S2，将90Kg平均粒度为0.4μm的超细WC、10Kg平均粒度为1μm的Co粉和3Kg羧甲基纤维素加入150L水中，充分搅拌分散形成凝胶悬混液；
步骤S3，将凝胶悬混液在氮气气氛中100℃喷雾干燥获得多孔球形粉末；多孔球形粉末的SEM图见图2；
步骤S4，将多孔球形粉末盛入石墨舟皿，于还原炉中通入氢气、在1000℃温度下烧结-还原50min，获得初步致密球形粉末；初步致密球形粉末SEM图见图3；
步骤S5，采用对喷式单级气流磨将60Kg初步致密球形粉末进行解聚和分级，对喷式单级气流磨主要工作参数为进料速度20Kg/h，气流磨工作压力10MPa，旋风收集器风压15KPa；
步骤S6，将经过解聚分级的初步致密球形粉末在30KW功率下等离子球化，获得高致密球形WC-10wt.％Co硬质合金粉末。
请参阅图4，为实施例1所得高致密球形WC-10wt.％Co硬质合金粉末的SEM图。由图4可以看出，本发明制备的硬质合金粉末材料，粒径均匀、致密性好。高致密球形WC-10wt.％Co硬质合金粉末的平均粒度为5-100μm，平均孔隙度低于2％。
实施例2
一种3D打印用TiB2-10wt.％Co-10wt.％Ni金属陶瓷粉末，其制备方法包括如下步骤：
步骤S1，采用对喷式单级气流磨将200Kg平均粒度为2μm的TiB2进行解聚和分级，获得平均粒度为0.5μm的超细TiB2，对喷式单级气流磨主要工作参数为进料速度30Kg/h，气流磨工作压力20MPa，旋风收集器风压4KPa；
步骤S2，将80Kg平均粒度为0.5μm的超细TiB2，10Kg平均粒度为1μm的Co粉、10Kg平均粒度为1μm的Ni粉和5Kg聚乙烯吡咯烷酮加入200L无水乙醇中，充分搅拌分散形成凝胶悬混液；
步骤S3，将凝胶悬混液在氩气气氛中80℃喷雾干燥获得多孔球形粉末；
步骤S4，将多孔球形粉末盛入石墨推舟，于管式炉中通入氩气、在1200℃温度下烧结30min，获得初步致密球形粉末；
步骤S5，采用对喷式单级气流磨将20Kg初步致密球形粉末进行解聚和分级，对喷式单级气流磨主要工作参数为进料速度10Kg/h，气流磨工作压力10MPa，旋风收集器风压6KPa；
步骤S6，将经过解聚分级的初步致密球形粉末在20KW功率下等离子球化，获得高致密球形TiB2-10wt.％Co-10wt.％Ni金属陶瓷粉末。
实施例3
一种3D打印用ZrO2-40wt.％Mo金属陶瓷粉末，其制备方法包括如下步骤：
步骤S1，采用对喷式单级气流磨将600Kg平均粒度为1μm的ZrO2进行解聚和分级，获得平均粒度为0.2μm的超细ZrO2，对喷式单级气流磨主要工作参数为进料速度20Kg/h，气流磨工作压力25MPa，旋风收集器风压15KPa。采用对喷式单级气流磨将100Kg平均粒度为6μm的Mo粉进行解聚和分级，获得平均粒度为0.6μm的超细Mo粉，对喷式单级气流磨主要工作参数为进料速度5Kg/h，气流磨工作压力25MPa，旋风收集器风压10KPa；
步骤S2，将60Kg平均粒度为0.2μm的超细ZrO2，40Kg平均粒度为0.6μm的Mo粉和2Kg聚氧乙烯加入100L去离子水中，充分搅拌分散形成凝胶悬混液；
步骤S3，将凝胶悬混液在氮气气氛中100℃喷雾干燥获得多孔球形粉末；
步骤S4，将多孔球形粉末盛入石墨推舟，于管式炉中通入氢气、1200℃温度下烧结120min，获得初步致密球形粉末；
步骤S5，采用对喷式单级气流磨将20Kg初步致密球形粉末进行解聚和分级，对喷式单级气流磨主要工作参数为进料速度10Kg/h，气流磨工作压力15MPa，旋风收集器风压6KPa；
步骤S6，将经过解聚分级的初步致密球形粉末在40KW功率下等离子球化，获得高致密球形ZrO2-40wt.％Mo金属陶瓷粉末。
与现有技术相比，本发明提供的3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末及其制备方法，有益效果在于：
一、本发明提供的3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末的制备方法，应用液相凝胶分散技术解决了高密度的硬质相/陶瓷相粒子与低密度的粘结相金属在溶液中分层的问题，在免球磨条件下实现硬质相/陶瓷相和粘结相的均匀分散。
二、本发明提供的3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末的制备方法，其硬质相/陶瓷相粒子经过解聚、破碎和分级处理，具有可控的晶体结构，并且在免球磨条件下与粘结相金属均匀复合，解决了硬质相/陶瓷相-粘结相金属粉末制备时存在的硬质相/陶瓷相晶体结构调控与粘结相均匀分布难以兼顾的矛盾。从根本上避免了成分偏析，3D打印所制备的材料组织均匀、性能趋于一致。
三、本发明提供的3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末的制备方法，获得粒径均匀、可控的球形粉末，在此基础上，应用等离子球化技术再次球化、致密化，获得高致密球形粉末。所制备粉末具有良好的流动性能和充填性能，所制备的粉末凭借致密的球形硬质合金/金属陶瓷颗粒赋予3D打印材料或生坯高填充密度。
以上对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，采用气流粉碎分级技术分别将硬质相/陶瓷相原料粉末、粘结相金属原料粉末进行解聚、破碎和分级，得到均匀且粒度分布范围窄的硬质相/陶瓷相粉末和粘结相金属粉末；
步骤S2，将硬质相/陶瓷相粉末、粘结相金属粉末和增稠剂加入到溶液中，搅拌分散均匀，得到凝胶悬浮液；
步骤S3，将凝胶悬浮液在保护性气氛下喷雾干燥获得多孔球形粉末；
步骤S4，在还原性或保护性气氛下，对步骤S3所得多孔球形粉末进行预烧结-还原处理，去除增稠剂，得到初步致密球形硬质合金/金属陶瓷粉末；
步骤S5，采用气流粉碎分级技术将步骤S4获得的初步致密球形硬质合金/金属陶瓷粉末进行解聚和分级，得到均匀且粒度分布范围窄的硬质相/陶瓷相粉末；
步骤S6，将步骤S5获得的硬质相/陶瓷相粉末进行等离子体球化，得到高致密球形硬质合金/金属陶瓷粉末。
2.根据权利要求1所述的3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，步骤S1中，硬质相/陶瓷相粉末为碳化钨、碳化钼、碳化钛、氮化钛、碳氮化钛、碳化钽、碳化铌、碳化硅、硼化钛、碳化硼、硼化铼、氧化铝、氧化锆、氧化镁中的至少一种；
粘结相金属原料粉末为金属Co、Ni、Fe、Mn、Cu、Zn、Al、Sn、Cr、W、Mo中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，步骤S1中，经气流粉碎分级获得的硬质相/陶瓷相粉末的平均粒度为0.1～30μm；粘结相粉末的平均粒度0.2～100μm。
4.根据权利要求1所述的3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，步骤S1和步骤S5中，气流粉碎分级技术为采用对喷式气流磨进行气流粉碎分级，其工作参数为：进料速度10～500Kg/h，气流磨工作压力1.5～25MPa，旋风收集器风压1.2～20KPa。
5.根据权利要求1所述的3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，步骤S2中，溶液与粉末材料的体积比为1:1-8:1，增稠剂的加量为溶液质量的0.3-5.5％；其中溶液为去离子水、醇类有机溶液、或去离子水与醇类有机溶液的混合液；
增稠剂为羧甲基纤维素、甲基纤维素、聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种；
醇类有机溶液为甲醇、乙醇、乙二醇、二乙二醇、丙二醇、丙三醇中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，步骤S3中，保护性气氛为氮气或氩气，喷雾干燥的温度为50～100℃。
7.根据权利要求1所述的3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，步骤S4中，还原性或保护性气体为氢气、一氧化碳、甲烷、氮气、氩气中的至少一种；预烧结工艺的加热温度为500～1200℃，加热保温时间为30～180min。
8.根据权利要求1所述的3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，步骤S6中，获得的高致密球形硬质合金/金属陶瓷粉末平均粒度为5-100μm，平均孔隙度低于2％；其中硬质相/陶瓷相的质量分数为60～96％，粘结相金属的质量分数为4～40％。
9.根据权利要求1所述的3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，步骤S6中，等离子体球化的工作参数为：功率10～40KW，工作气体为氮气、氩气、氢气中的一种或多种。
10.一种3D打印用硬质合金/金属陶瓷粉末，由权利要求1-9中任一项所述的制备方法制备得到。
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Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08109403A (ja) * 1994-10-12 1996-04-30 Daido Steel Co Ltd サーメットの製造方法
CN101255520A (zh) * 2008-04-07 2008-09-03 株洲钻石切削刀具股份有限公司 纳米WC-Co复合粉改性的Ti(CN)基金属陶瓷及其制备方法
CN101838136A (zh) * 2010-05-14 2010-09-22 上海大豪纳米材料喷涂有限公司 氧化铝·氧化钛复合陶瓷粉末的制备方法
CN102581292A (zh) * 2012-03-13 2012-07-18 北京工业大学 一种用于热喷涂活塞环涂层的含TiB2金属陶瓷复合粉末的制备方法
CN102634684A (zh) * 2011-02-10 2012-08-15 厦门金鹭特种合金有限公司 柔性球磨技术制备超粗晶硬质合金的方法
CN103922774A (zh) * 2014-03-07 2014-07-16 中南大学 具有纳/微结构的微米级金属陶瓷前驱体颗粒及制备方法
CN106431357A (zh) * 2016-08-31 2017-02-22 淄博高新技术产业开发区先进陶瓷研究院 用于3d打印成型的陶瓷膏体、膏体的制备方法及其应用
CN107475548A (zh) * 2017-06-28 2017-12-15 沈阳寰博磁电科技有限公司 一种纳米增韧超细晶WC‑Co硬质合金的制备方法
CN107794485A (zh) * 2017-07-31 2018-03-13 湖南大学 一种热喷涂用金属陶瓷粉末的制备工艺
CN108637263A (zh) * 2018-05-31 2018-10-12 北京科技大学 一种微波烧结制备TiB2-M金属陶瓷粉末的方法
CN109311091A (zh) * 2016-04-15 2019-02-05 山特维克知识产权股份有限公司 金属陶瓷或硬质合金的三维打印
CN111482611A (zh) * 2019-03-07 2020-08-04 安徽中体新材料科技有限公司 一种用于3d打印的球形碳化钨-钴粉末的制备方法
CN111644612A (zh) * 2020-06-19 2020-09-11 安徽省春谷3D打印智能装备产业技术研究院有限公司 一种等离子烧结团聚金属陶瓷热喷涂复合粉的制备方法
CN111872373A (zh) * 2020-08-11 2020-11-03 广东省新材料研究所 一种陶瓷金属粉体及其制备方法与应用
CN111940723A (zh) * 2020-08-30 2020-11-17 中南大学 一种用于3d打印的纳米陶瓷金属复合粉末及应用
CN112191854A (zh) * 2020-06-22 2021-01-08 中北大学 一种3d打印用硬质合金粉末及其应用

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08109403A (ja) * 1994-10-12 1996-04-30 Daido Steel Co Ltd サーメットの製造方法
CN101255520A (zh) * 2008-04-07 2008-09-03 株洲钻石切削刀具股份有限公司 纳米WC-Co复合粉改性的Ti(CN)基金属陶瓷及其制备方法
CN101838136A (zh) * 2010-05-14 2010-09-22 上海大豪纳米材料喷涂有限公司 氧化铝·氧化钛复合陶瓷粉末的制备方法
CN102634684A (zh) * 2011-02-10 2012-08-15 厦门金鹭特种合金有限公司 柔性球磨技术制备超粗晶硬质合金的方法
CN102581292A (zh) * 2012-03-13 2012-07-18 北京工业大学 一种用于热喷涂活塞环涂层的含TiB2金属陶瓷复合粉末的制备方法
CN103922774A (zh) * 2014-03-07 2014-07-16 中南大学 具有纳/微结构的微米级金属陶瓷前驱体颗粒及制备方法
CN109311091A (zh) * 2016-04-15 2019-02-05 山特维克知识产权股份有限公司 金属陶瓷或硬质合金的三维打印
CN106431357A (zh) * 2016-08-31 2017-02-22 淄博高新技术产业开发区先进陶瓷研究院 用于3d打印成型的陶瓷膏体、膏体的制备方法及其应用
CN107475548A (zh) * 2017-06-28 2017-12-15 沈阳寰博磁电科技有限公司 一种纳米增韧超细晶WC‑Co硬质合金的制备方法
CN107794485A (zh) * 2017-07-31 2018-03-13 湖南大学 一种热喷涂用金属陶瓷粉末的制备工艺
CN108637263A (zh) * 2018-05-31 2018-10-12 北京科技大学 一种微波烧结制备TiB2-M金属陶瓷粉末的方法
CN111482611A (zh) * 2019-03-07 2020-08-04 安徽中体新材料科技有限公司 一种用于3d打印的球形碳化钨-钴粉末的制备方法
CN111644612A (zh) * 2020-06-19 2020-09-11 安徽省春谷3D打印智能装备产业技术研究院有限公司 一种等离子烧结团聚金属陶瓷热喷涂复合粉的制备方法
CN112191854A (zh) * 2020-06-22 2021-01-08 中北大学 一种3d打印用硬质合金粉末及其应用
CN111872373A (zh) * 2020-08-11 2020-11-03 广东省新材料研究所 一种陶瓷金属粉体及其制备方法与应用
CN111940723A (zh) * 2020-08-30 2020-11-17 中南大学 一种用于3d打印的纳米陶瓷金属复合粉末及应用
WO2022041258A1 (zh) * 2020-08-30 2022-03-03 中南大学 一种用于3d打印的纳米陶瓷金属复合粉末及应用

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