CN114932235A - 一种粉末冶金用可控金属基骨架的近净成型制备方法 - Google Patents
一种粉末冶金用可控金属基骨架的近净成型制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114932235A CN114932235A CN202210403319.3A CN202210403319A CN114932235A CN 114932235 A CN114932235 A CN 114932235A CN 202210403319 A CN202210403319 A CN 202210403319A CN 114932235 A CN114932235 A CN 114932235A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- density
- metal
- net
- printing
- 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.)
- Granted
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 40
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 62
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 2
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 abstract description 25
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 13
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 abstract description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 11
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 7
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 4
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910009043 WC-Co Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 239000010963 304 stainless steel Substances 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017315 Mo—Cu Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000589 SAE 304 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 1
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000013354 porous framework Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
-
- 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
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/34—Process control of powder characteristics, e.g. density, oxidation or flowability
-
- 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
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/37—Process control of powder bed aspects, e.g. density
-
- 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
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/38—Process control to achieve specific product aspects, e.g. surface smoothness, density, porosity or hollow structures
-
- 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
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/50—Treatment of workpieces or articles during build-up, e.g. treatments applied to fused layers during build-up
-
- 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
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/80—Data acquisition or data processing
- B22F10/85—Data acquisition or data processing for controlling or regulating additive manufacturing processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
- B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Abstract
本发明涉及近净成型技术领域，公开了一种粉末冶金用可控金属基骨架的近净成型制备方法，包括如下步骤：步骤1、对所用金属粉末的松装密度与振实密度进行测定；步骤2、通过打印标准生坯件并测定其相对密度、并进行调整；步骤3、打印所需的生坯骨架并进行后续处理。本发明利用了粘结剂喷射3D打印独特的冷成型工艺，提供一种粉末冶金用复杂形状且孔隙率可控金属基骨架的近净成型制备方法。可实现熔渗、轻量化、负载、梯度化等功能的粉末冶金用金属基骨架的制备，无需模具或后续机加工直接成型。
Description
技术领域
本发明涉及近净成型技术领域，尤其涉及一种粉末冶金用可控金属基骨架的近净成型制备方法。
背景技术
目前，粘结剂喷射3D打印(BJ3DP)是一种近净成型技术，以粉末为基础，采用阵列式喷头选择性的喷出聚合物粘结剂，将粉末和粉末层粘结在一起，经过固化后形成“生坯”，随后可采用多种方式进行烧结得到所需的零件。这种在低温下成型的增材技术可以利用普通材料创造出无与伦比的结构。
多孔金属材料由于具有大量孔隙的结构特点，广泛应用于各种工程领域。尤其是在轻质结构、毛细管力、通气或过滤器组件以及医疗植入物和组织工程中，材料的孔隙率时必要的特征。根据其使用要求的不同，对多孔金属材料的孔隙率、孔径、结构、强度等也具有不同的要求，因此针对其使用要求也会产生不同的制造工艺。由于现阶段多孔材料使用范围不断发展，传统多孔材料的加工工艺已经不能满足日益发展的广泛需求，对多空金属材料具有复杂造型能力、高效加工能力、个性化定制能力的要求越来越高。
现阶段，熔渗法是先制备出一定密度、强度的多孔颗粒骨架，再利用熔融金属液体在毛细管力作用下沿颗粒间隙流动并对多孔骨架进行填充和润湿的制备出所需金属复合材料的方法。包括但不限于W-Cu、Mo-Cu以及医疗器械中Ti合金等为实现轻量化目的而设计的功能性金属件常用熔渗法制备。骨架的质量对于能否通过熔渗法制备出成分均匀、致密程度高的复合材料起到十分重要的影响。例如，骨架内孔隙率的高低将影响致密化所需金属溶液的数量；骨架是否进行预烧结可能影响着熔渗过程中的形状保持；预烧结后的骨架可能产生烧结闭孔导致熔渗后的合金致密度降低。此外，骨架的复杂程度将决定制备成本的高低。
而粘结剂3D打印由于其工艺的特殊性，可根据所需形状直接打印出相应的骨架而无需模具或后处理，打印出的骨架孔隙分布均匀无闭孔，骨架致密度的高低可根据打印参数与粉末松装密度等进行参数调整。此外，可以在骨架周围进行多方位设计“熔池”，在熔渗时避免骨架本身与大量熔融金属液体接触，从而使不预烧结骨架直接熔渗成为可能。BJ3DP还可用于梯度材料的制备，通过改变不同部件不同部位的孔隙率，实现熔渗后成分的梯度改变。总之，BJ3DP的特殊成型方式在制备金属基骨架上具有极大的优势，为此本申请提出一种粉末冶金用可控金属基骨架的近净成型制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粉末冶金用可控金属基骨架的近净成型制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种粉末冶金用可控金属基骨架的近净成型制备方法，包括如下步骤：
步骤1、对所用金属粉末的松装密度与振实密度进行测定；
步骤2、通过打印标准生坯件并测定其相对密度、并进行调整；
步骤3、打印所需的生坯骨架并进行后续处理。
在所述步骤一中，将金属粉末分别用斯科特松装密度计测量其松装密度，用振实密度仪测量其振实密度，且松装密度与振实密度之间的对应关系即球形度，其对打印最终效果有非常重要的影响，振实密度的高低也可以反映出生坯相对密度的高低。
所述松装密度和振实密度的调整可通过调整细粉和粗粉的比例实现。
在所述步骤二中，在所述步骤二中，将金属粉末加入到打印机料斗中，根据金属粉末的粒度大小，设定所需层厚、粘结剂饱和度、粉末床温度以及干燥时间，打印大小为1.5×1×2cm的标准生坯件，打印完成后生坯件在固化箱中固化，去除粘结剂中的水分，根据质量除以体积的方法测得生坯件的密度，根据所需骨架的密度，通过改变步骤1中金属粉末的松装密度和振实密度，以获得相对密度符合要求的生坯件。
在步骤二中，设置的所述层厚为2-3倍的D50、粘结剂饱和度为50％-150％、所述金属粉末床温度为45℃-80℃、干燥时间为7s-14s。固化时间为3h-8h，温度为180℃-240℃。
在步骤三中，具体的，将符合致密度要求的粉末加入到打印机料斗中，根据粉末的粒度大小，设定所需层厚、粘结剂饱和度、粉末床温度、干燥时间，对所需骨架的形状进行打印，打印完成后在固化箱中固化，去除粘结剂中的水分。在对复杂并需要进行熔渗的骨架设计时，可在不同部位设计出“熔池”。熔渗时将需要进行渗透的粉末加入到“熔池”中，进行熔渗处理。对于多孔材料，可对制备的生坯进行烧结以获得具有相应强度和孔隙率的骨架，烧结时在部件周围铺上玻璃粉或氧化铝陶瓷粉，防止烧结时垮塌。
所述层厚为2-3倍的D50、粘结剂饱和度为50％-150％、粉末床温度为45℃-80℃、干燥时间为7s-14s。所述固化时间为3h-8h，固化时的温度为180℃-240℃。
本发明的有益效果是：
本发明利用了粘结剂喷射3D打印独特的冷成型工艺，提供一种粉末冶金用复杂形状且孔隙率可控金属基骨架的近净成型制备方法。可实现熔渗、轻量化、负载、梯度化等功能的粉末冶金用金属基骨架的制备，无需模具或后续机加工直接成型。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。在附图中：
图1为本发明所制备的WC标准生坯块体；
图2为所制备的WC骨架与熔渗材料Co叠加后和烧结后样品的宏观图片，从左至右分别是烧结样品经打磨后的顶部，样品未经打磨的侧面，样品经打磨的侧面，以及Co和WC的骨架；
图3为熔渗后所得WC-25％Co样品高倍下的SEM；
图4从左至右为W标准生坯块、不锈钢叶轮生坯(烧结处理)、W骨架熔渗Cu后得到的复杂W-Cu管道部件(“熔池”已切割)、不锈钢粉末制备的高尔夫球杆生坯骨架(待渗铜处理)；
图5为粘结剂喷射3D打印制备的304不锈钢生坯骨架，经烧结后获得的致密度85％的多孔材料的断口图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
以下实施例以制备的WC骨架熔渗Co制备WC-Co硬质合金为例。
实施例1：
本实例中孔隙率为20vol％的具有复杂形状的不锈钢骨架的粘结剂喷射3D打印制备方法如下。
步骤一、将316L粉末分别用斯科特松装密度计测量其松装密度为3.84g/cm3，用振实密度仪测量其振实密度为6.15g/cm3，在打印时，辊轮辊压后粉末床与振实密度测得值应相近或略高。
步骤二、将316L粉末加入到打印机料斗中，粉末粒度D50＝25μm，设定层厚为75μm、粘结剂饱和度为65％、粉末床温度为60℃、干燥时间为10s。打印标准生坯件(1.5×1×2cm)，打印完成后在固化箱中固化，时间为8h，温度为180℃，去除粘结剂中的水分。完成后得到该材料的标准生坯件，根据质量除以体积的方法测得标准件的密度为6.35g/cm3(理论密度为7.98g/cm3)，即相对密度约为80％，孔隙率为20％，符合要求。
步骤三、将316L粉末加入到打印机料斗中，设定层厚为75μm、粘结剂饱和度为65％、粉末床温度为60℃、干燥时间为10s。打印形状为高尔夫球杆，打印完成后在固化箱中固化，时间为8h，温度为180℃，去除粘结剂中的水分。完成后得到孔隙率为20vol％，形状复杂的316L不锈钢骨架。随后可进行熔渗处理。
实施例2：
本实例中孔隙率为35vol％的管道形状的W骨架的粘结剂喷射3D打印制备方法如下：
步骤一、将W粉末分别用斯科特松装密度计测量其松装密度为9.21g/cm3，用振实密度仪测量其振实密度为12.35g/cm3。在打印时，辊轮辊压后粉末床与振实密度测得值应相近或略高。
步骤二、将W粉末加入到打印机料斗中，粉末粒度D50＝30μm，设定层厚为85μm、粘结剂饱和度为75％、粉末床温度为60℃、干燥时间为12s。打印标准生坯件(1.5×1×2cm)，打印完成后在固化箱中固化，时间为8h，温度为180℃，去除粘结剂中的水分。完成后得到该材料的标准生坯件，根据质量除以体积的方法测得标准件的密度为12.65g/cm3(理论密度为19.53g/cm3)，即相对密度约为65％，孔隙率为35％，符合要求。
步骤三、将W粉末加入到打印机料斗中，设定层厚为85μm、粘结剂饱和度为75％、粉末床温度为75℃、干燥时间为12s。打印形状为管道状，并设计了“熔池”，打印完成后在固化箱中固化，时间为8h，温度为180℃，去除粘结剂中的水分。完成后得到孔隙率为35vol％，形状复杂的W不锈钢骨架。随后了进行熔渗Cu处理。将Cu粉末放入“熔池”中，加热至1150℃，保温40min，使铜全部融化渗入W骨架中，最终获得了致密度为98.9％的W-20Cu合金。
实施例3：
本实例中孔隙率为35vol％的薄块状WC骨架的粘结剂喷射3D打印制备方法如下：
步骤一、将WC粉末分别用斯科特松装密度计测量其松装密度为6.74g/cm3，用振实密度仪测量其振实密度为9.6g/cm3。在打印时，辊轮辊压后粉末床与振实密度测得值应相近或略高。
步骤二、将WC粉末加入到打印机料斗中，粉末粒度D50＝30μm，设定层厚为75μm、粘结剂饱和度为65％、粉末床温度为60℃、干燥时间为10s。打印标准生坯件(1.5×1×2cm)，打印完成后在固化箱中固化，时间为8h，温度为180℃，去除粘结剂中的水分。完成后得到该材料的标准生坯件，根据质量除以体积的方法测得标准件的密度为10.08g/cm3(理论密度为15.64g/cm3)，即相对密度约为65％，孔隙率为30％，符合要求。
步骤三、将WC粉末加入到打印机料斗中，设定层厚为75μm、粘结剂饱和度为65％、粉末床温度为60℃、干燥时间为10s。打印形状为1.2×1.2×0.3cm的块状样品，打印完成后在固化箱中固化，时间为8h，温度为180℃，去除粘结剂中的水分。完成后得到孔隙率为35vol％的WC骨架。将Co粉也进行相应参数的打印，获得1.2×1.2×0.06mm的Co薄片，随后将两种材料进行叠加后熔渗处理。获得了致密度为99.25％的WC-25Co硬质合金，平均维氏硬度为11.5GPa，断裂韧性为23.5MPam1/2，层间连接良好，组织均匀，形状保持率高，各个方向上的收缩均在3％以下。
通过说明书附图的图2可看出熔渗后获得的WC-25％Co样品相对于生坯的原尺寸在X、Y、Z方向上的收缩均在3％以内，形状保持率高，且层与层之间连接良好。在图3中，拍摄位置为随机选择，EDS可以很清晰的看出WC颗粒和Co基底的分布，WC晶粒在Co熔体中完全溶解析出，WC晶粒呈条块状，尺寸在1-15μm左右。
本方案，以制备的WC骨架熔渗Co制备WC-Co硬质合金为例，WC骨架通过粘结剂喷射3D打印制备，并进行渗Co处理。所获得的WC骨架孔隙率精准控制为35vol％，渗Co后合金致密度达到百分之99.2％，各个方向的收缩率均在3％以下，形状高度保持。熔渗后所得到的WC-25％Co合金平均维氏硬度为11.5GPa，断裂韧性为23.5MPam1/2，形状保持率高。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种粉末冶金用可控金属基骨架的近净成型制备方法，包括如下步骤：
步骤1、对所用金属粉末的松装密度与振实密度进行测定；
步骤2、通过打印标准生坯件并测定其相对密度、并进行调整；
步骤3、打印所需的生坯骨架并进行后续处理。
2.根据权利要求1所述的一种粉末冶金用可控金属基骨架的近净成型制备方法，其特征在于：在所述步骤一中，将金属粉末分别用斯科特松装密度计测量其松装密度，用振实密度仪测量其振实密度，且松装密度与振实密度之间的对应关系即球形度。
3.根据权利要求1所述的一种粉末冶金用可控金属基骨架的近净成型制备方法，其特征在于：所述松装密度和振实密度的调整可通过调整细粉和粗粉的比例实现。
4.根据权利要求3所述的一种粉末冶金用可控金属基骨架的近净成型制备方法，其特征在于：在所述步骤二中，将金属粉末加入到打印机料斗中，根据金属粉末的粒度大小，设定所需层厚、粘结剂饱和度、粉末床温度以及干燥时间，打印大小为1.5×1×2cm的标准生坯件，打印完成后生坯件在固化箱中固化，去除粘结剂中的水分，测得生坯件的密度，根据所需骨架的密度，通过改变步骤1中金属粉末的松装密度和振实密度，以获得相对密度符合要求的生坯件。
5.根据权利要求4所述的一种粉末冶金用可控金属基骨架的近净成型制备方法，其特征在于：所述层厚为2-3倍的D50、粘结剂饱和度为50％-150％、所述金属粉末床温度为45℃-80℃、干燥时间为7s-14s。
6.根据权利要求1所述的一种粉末冶金用可控金属基骨架的近净成型制备方法，其特征在于：所述固化时间为3h-8h，且固化时的温度为180℃-240℃。
7.根据权利要求1或3所述的一种粉末冶金用可控金属基骨架的近净成型制备方法，其特征在于：将符合致密度要求的粉末加入到打印机料斗中，根据粉末的粒度大小，设定所需层厚、粘结剂饱和度、粉末床温度、干燥时间，对所需的骨架的形状进行打印，打印完成后在固化箱中固化，去除粘结剂中的水分。
8.根据权利要求7所述的一种粉末冶金用可控金属基骨架的近净成型制备方法，其特征在于：所述层厚为2-3倍的D50、粘结剂饱和度为50％-150％、粉末床温度为45℃-80℃、干燥时间为7s-14s。
9.根据权利要求8所述的一种粉末冶金用可控金属基骨架的近净成型制备方法，其特征在于：所述固化时间为3h-8h，固化时的温度为180℃-240℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210403319.3A CN114932235B (zh) | 2022-04-18 | 2022-04-18 | 一种粉末冶金用可控金属基骨架的近净成型制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210403319.3A CN114932235B (zh) | 2022-04-18 | 2022-04-18 | 一种粉末冶金用可控金属基骨架的近净成型制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114932235A true CN114932235A (zh) | 2022-08-23 |
| CN114932235B CN114932235B (zh) | 2024-04-12 |
Family
ID=82862075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210403319.3A Active CN114932235B (zh) | 2022-04-18 | 2022-04-18 | 一种粉末冶金用可控金属基骨架的近净成型制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114932235B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060239851A1 (en) * | 2002-10-18 | 2006-10-26 | Heinz Nelles | Method for the production of near net-shaped metallic and/or ceramic parts |
| CN106891007A (zh) * | 2017-03-13 | 2017-06-27 | 江苏省海洋资源开发研究院(连云港) | 一种通孔结构金属多孔材料的3d打印制备工艺 |
| CN108213408A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-06-29 | 中南大学 | 一种利用3d打印技术制备具有复杂结构的多孔金属零件的方法 |
| CN112091217A (zh) * | 2020-11-12 | 2020-12-18 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 一种采用球形钨粉激光3d打印制造铜钨材料的方法 |
| CN113042751A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-06-29 | 上海理工大学 | 一种用于提高合金slm工艺稳定性与拓宽工艺窗口的方法 |
| CN113369477A (zh) * | 2021-06-03 | 2021-09-10 | 江苏精研科技股份有限公司 | 一种孔隙率可调的多孔材料制备方法 |
| JP2022001432A (ja) * | 2020-06-22 | 2022-01-06 | 東レ株式会社 | 粉末床溶融結合方式に使用されるポリマー粉末、及び３次元造形物を製造する方法 |
| US20220023951A1 (en) * | 2019-09-18 | 2022-01-27 | B3D Performance Inc. | Device and method for measuring powder bed density in 3d printing / additive manufacturing operations |
| CN114247883A (zh) * | 2020-09-25 | 2022-03-29 | 安泰科技股份有限公司 | 一种多孔结构难熔金属制件制造方法 |
-
2022
- 2022-04-18 CN CN202210403319.3A patent/CN114932235B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060239851A1 (en) * | 2002-10-18 | 2006-10-26 | Heinz Nelles | Method for the production of near net-shaped metallic and/or ceramic parts |
| CN106891007A (zh) * | 2017-03-13 | 2017-06-27 | 江苏省海洋资源开发研究院(连云港) | 一种通孔结构金属多孔材料的3d打印制备工艺 |
| CN108213408A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-06-29 | 中南大学 | 一种利用3d打印技术制备具有复杂结构的多孔金属零件的方法 |
| US20220023951A1 (en) * | 2019-09-18 | 2022-01-27 | B3D Performance Inc. | Device and method for measuring powder bed density in 3d printing / additive manufacturing operations |
| JP2022001432A (ja) * | 2020-06-22 | 2022-01-06 | 東レ株式会社 | 粉末床溶融結合方式に使用されるポリマー粉末、及び３次元造形物を製造する方法 |
| CN114247883A (zh) * | 2020-09-25 | 2022-03-29 | 安泰科技股份有限公司 | 一种多孔结构难熔金属制件制造方法 |
| CN112091217A (zh) * | 2020-11-12 | 2020-12-18 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 一种采用球形钨粉激光3d打印制造铜钨材料的方法 |
| CN113042751A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-06-29 | 上海理工大学 | 一种用于提高合金slm工艺稳定性与拓宽工艺窗口的方法 |
| CN113369477A (zh) * | 2021-06-03 | 2021-09-10 | 江苏精研科技股份有限公司 | 一种孔隙率可调的多孔材料制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 吕环, 徐恒昌, 王同, 高东红: "牙科复合树脂中无机填料的堆积孔隙率与其粒度分布的关系", 中国粉体技术, no. 03, 30 June 2000 (2000-06-30), pages 26 - 31 * |
| 崔大伟;曲选辉;: "粉末注射成形无镍高氮不锈钢工艺", 材料热处理学报, no. 07, 25 July 2010 (2010-07-25), pages 55 - 58 * |
| 李长青等: "《粉末冶金教程》", 中国矿业大学出版社, pages: 74 - 77 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114932235B (zh) | 2024-04-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8500843B2 (en) | Controlled porosity article | |
| JP2921893B2 (ja) | 複雑な内部形態を有する複合体物品の製造方法 | |
| CN100400473C (zh) | 一种高强高韧SiC/Al泡沫材料及其制备方法 | |
| CN102528039B (zh) | 成型体制造方法及生坯 | |
| CN100591644C (zh) | 一种高导热、高强高密的SiC/Cu复相泡沫材料及其制备方法 | |
| US20100047557A1 (en) | Ceramic and/or powder-metallurgical composite shaped body and method for the production thereof | |
| JP2000126212A (ja) | 選択的に浸出したきめのある面を有する精密粉末射出成形インプラントとその製造方法 | |
| EP2214851A1 (en) | Open cell, porous material, and a method of, and mixture for, making same | |
| CN106583735B (zh) | 一种制备具有高体积分数金刚石/铜复合材料零件的方法 | |
| US6399018B1 (en) | Powdered material rapid production tooling method and objects produced therefrom | |
| WO2016192177A1 (zh) | 一种硬质合金功能梯度材料的成型方法 | |
| JPH01142002A (ja) | 粉末冶金用アトマイズ予合金鋼粉 | |
| CN114932235A (zh) | 一种粉末冶金用可控金属基骨架的近净成型制备方法 | |
| US4280841A (en) | Method for manufacturing a mechanical seal ring | |
| US20080050591A1 (en) | Method to Manufacture a Non Sintered Metal Fiber Medium | |
| CN107034375A (zh) | 一种利用氢化钛粉制备高致密度钛制品的方法 | |
| US20050019199A1 (en) | Double-layer metal sheet and method of fabricating the same | |
| JP6756994B1 (ja) | 積層造形用粉末、積層造形物の製造方法及び積層造形物焼結体の製造方法 | |
| TW201000651A (en) | Method for manufacturing metal-based ceramic composite target having noble metal | |
| JPH01194914A (ja) | 金属フィルタの製造方法 | |
| CN115026301B (zh) | 一种粘结剂喷射3D打印制备WC-Co硬质合金的方法 | |
| JPS6043894B2 (ja) | タングステン、銀および銅より成る複合金属の製法 | |
| JPH07238302A (ja) | 焼結チタンフィルタ−及びその製造方法 | |
| Carreño-Morelli et al. | Three-dimensional printing of stainless steel parts | |
| CN117902832A (zh) | 一种基于3dp成型的微晶玻璃氧化物陶瓷制品及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |