CN117000991B - 一种改性硬质合金粉末、硬质合金刀具及其制备方法 - Google Patents

一种改性硬质合金粉末、硬质合金刀具及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117000991B
CN117000991B CN202311009892.7A CN202311009892A CN117000991B CN 117000991 B CN117000991 B CN 117000991B CN 202311009892 A CN202311009892 A CN 202311009892A CN 117000991 B CN117000991 B CN 117000991B
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
hard alloy
modified
cemented carbide
alloy powder
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.)
Active
Application number
CN202311009892.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN117000991A (zh
Inventor
谭锦麟
凌喜乐
刘汉祯
张东洋
周鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Blueswin Industrial Co ltd
Original Assignee
Shenzhen Blueswin Industrial Co ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Blueswin Industrial Co ltd filed Critical Shenzhen Blueswin Industrial Co ltd
Priority to CN202311009892.7A priority Critical patent/CN117000991B/zh
Publication of CN117000991A publication Critical patent/CN117000991A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN117000991B publication Critical patent/CN117000991B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/12—Metallic powder containing non-metallic particles
    • 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
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/08—Metallic powder characterised by particles having an amorphous microstructure
    • 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
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • 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
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • 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
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
    • 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
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • 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
    • C22C45/00—Amorphous alloys
    • C22C45/10—Amorphous alloys with molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, titanium, or zirconium or Hf as the major constituent
    • 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
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F2005/001—Cutting tools, earth boring or grinding tool other than table ware
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C2200/00—Crystalline structure
    • C22C2200/02—Amorphous
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明提供了一种改性硬质合金粉末、硬质合金刀具及其制备方法，属于硬质合金材料技术领域，该改性硬质合金粉末包括硬质相粉末和ZrCuNiAl非晶合金粉末。本发明提供的改性硬质合金粉末可有效提升硬质合金刀具韧性、耐磨性，延长硬质合金刀具的使用寿命。

Description

一种改性硬质合金粉末、硬质合金刀具及其制备方法
技术领域
本发明属于硬质合金材料技术领域，特别涉及一种改性硬质合金粉末、硬质合金刀具及其制备方法。
背景技术
硬质合金刀具有高强度、高硬度和高耐冲击韧性以及优良的耐高温性能，在航空航天、汽车零件加工等机械加工领域中得到了广泛的应用。然而，现有的硬质合金刀具大多存在韧性不足的问题，限制其在汽车、航空航天等高端领域的应用。
因此，急需提供一种韧性高的硬质合金刀具。
发明内容
针对现有技术中硬质合金刀具韧性不足的问题，本发明提供了一种改性硬质合金粉末、硬质合金刀具及其制备方法，本发明提供的改性硬质合金粉末可有效提升硬质合金刀具韧性、耐磨性，延长硬质合金刀具的使用寿命。
本发明在第一方面提供了一种改性硬质合金粉末，所述改性硬质合金粉末包括硬质相粉末和ZrCuNiAl非晶合金粉末。
优选地，所述ZrCuNiAl非晶合金为Zr51Cu24.22Ni14.06Al10.72、Zr51Cu24.70Ni14.34Al9.96、Zr51Cu20.7Ni12Al16.3中的一种或多种。
优选地，所述改性硬质合金粉末包括以质量分数计的所述硬质相粉末70～90％，ZrCuNiAl非晶合金粉末10～30％；
优选地，所述改性硬质合金粉末还包括粘结相粉末；
优选的是，以所述改性硬质合金粉末的总质量计，所述硬质相粉末占70～90％；所述粘结相粉末和ZrCuNiAl非晶合金粉末的质量之和占10～30％。
优选地，所述硬质相粉末为碳化钨粉末、碳化钛粉末、碳化钽粉末、碳化铌粉末中的至少一种，优选为碳化钨粉末；和/或
所述改性硬质合金粉末还包括粘结相粉末；优选的是，所述粘结相粉末为钴粉、镍粉、铁粉、铜粉中的至少一种，优选为钴粉。
本发明在第二方面提供了一种硬质合金刀具，所述硬质合金刀具的制备原料包括第一方面所述的改性硬质合金粉末。
本发明在第三方面提供了第二方面的硬质合金刀具的一种制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1.将硬质相粉末和ZrCuNiAl非晶合金粉末混合，得到改性硬质合金粉末；
S2.将所述改性硬质合金粉末铺设在成形基板上，形成改性硬质合金粉末层；
S3.将所述改性硬质合金粉末层进行熔化、凝固成形，得到硬质合金刀具。
本发明在第四方面提供了第二方面的硬质合金刀具的另一种制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1.将硬质相粉末、粘结相粉末和ZrCuNiAl非晶合金粉末混合，得到改性硬质合金粉末；
S2.将所述改性硬质合金粉末铺设在成形基板上，形成改性硬质合金粉末层；
S3.将所述改性硬质合金粉末层进行熔化、凝固成形，得到硬质合金刀具。
优选地，所述改性硬质合金粉末层的厚度为20～100μm，优选为40～60μm。
优选地，将所述改性硬质合金粉末铺设在成形基板上之前还包括对基板进行清洁和预热的步骤；优选的是，所述预热的温度为100～140℃；和/或
所述熔化通过采用激光器发射激光实现；所述激光器的扫描速度为900～1600mm/s，扫描间距为0.08～0.12mm，激光功率为200～300W。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
本发明将ZrCuNiAl非晶合金粉末引入传统硬质合金粉末，可有效提升硬质合金刀具弯曲强度和韧性，延长硬质合金刀具的使用寿命，克服了现有硬质合金刀具韧性不足，长时高冲击容易加剧刀具破坏失效，寿命降低的问题，有利于扩宽其应用场景。
本发明采用包括ZrCuNiAl非晶合金粉末的改性硬质合金粉末制得的硬质合金刀具相比传统硬质合金刀具具有更高的弯曲强度、更好的韧性、更长的使用寿命，可满足其在汽车、航空航天、机械加工等领域的应用。
本发明将改性硬质合金粉末铺层后经熔化、凝固成形即可得到具有高韧性、高强度、高耐磨性的刀具，工艺简单、成本低、效率高，可有效克服现有硬质合金刀具制备方法周期长、成本高、加工难度大的问题。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合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的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。
本发明在第一方面提供了一种改性硬质合金粉末，所述改性硬质合金粉末包括硬质相粉末和ZrCuNiAl非晶合金粉末。
本发明将ZrCuNiAl非晶合金粉末引入传统硬质合金粉末，可有效提升硬质合金刀具韧性、耐磨性，延长硬质合金刀具的使用寿命，克服了现有硬质合金刀具韧性不足，长时高冲击容易加剧刀具破坏失效，寿命降低的问题，有利于扩宽其应用场景。
在本发明一个优选的实施例中，ZrCuNiAl非晶合金粉末的制备方法包括：将Zr粉、Cu粉、Ni粉、Al粉混合后，进行电弧熔炼，得到母合金锭；将熔炼得到的母合金锭加热至熔化，经保温、加压、分散、冷却，得到ZrCuNiAl非晶合金粉末；其中，所述熔化采用感应加热法实现，所述保温的时间为5～10min；所述加压为采用120kPa的氩气对熔体进行加压；所述分散为采用8MPa的氩气对熔体进行分散；氩气为纯度为纯度为99.9％的高纯氩气。具体为：首先将高纯度的Zr粉、Cu粉、Ni粉、Al粉按配比混合后，并进行电弧熔炼，得到母合金锭；在熔炼过程中进行6次反复熔化，单次持续1分钟，在两次熔炼的间隔翻转合金锭，为了保证最终粉末成分的均匀性，单个合金锭的重量控制在80g左右；随后将熔炼得到的母合金锭切块放入石墨坩埚中，单次重量为200～300g，采用感应加热法对其进行加热至熔化，保温5分钟，保温完成后，采用压强为120kPa的高纯氩气对坩埚内熔体进行加压，使其从坩埚喷嘴处流出，同时位于坩埚喷嘴处的雾化喷嘴喷出压强为8MPa的高纯氩气(纯度为99.9％)，对熔体进行分散并使其快速冷却形成球状粉末，制备的球形粉末需要经过筛分，最终选取直径60μm以下的ZrCuNiAl非晶合金粉末。
根据一些优选的实施方式，所述ZrCuNiAl非晶合金为Zr51Cu24.22Ni14.06Al10.72、Zr51Cu24.70Ni14.34Al9.96、Zr51Cu20.7Ni12Al16.3中的一种或多种。需要说明的是，上述ZrCuNiAl非晶合金的通式为ZrxCuyNizAlt,其中x、y、z和t的比即为Zr、Cu、Ni和Al的摩尔比(原子个数比)。
根据一些优选的实施方式，所述改性硬质合金粉末包括以质量分数计的所述硬质相粉末70～90％(例如，可以为70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％或90％)，优选为70～80％(例如，可以为70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％或80％)，ZrCuNiAl非晶合金粉末10～30％(例如，可以为10％、12％、14％、15％、16％、18％、20％、22％、24％、26％、28％或30％)。
根据一些优选的实施方式，所述改性硬质合金粉末还包括粘结相粉末；
优选的是，以所述改性硬质合金粉末的总质量计，所述硬质相粉末占70～90％；所述粘结相粉末和ZrCuNiAl非晶合金粉末的质量之和占10～30％。
更优选的是，所述硬质相粉末的粒径为20～60μm(例如，可以为20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm或60μm)；
更优选的是，所述ZrCuNiAl非晶合金粉末的粒径为20～60μm(例如，可以为20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm或60μm)。
更优选的是，所述粘结相粉末的粒径为20～60μm(例如，可以为20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm或60μm)。
根据一些优选的实施方式，所述硬质相粉末为碳化钨粉末、碳化钛粉末、碳化钽粉末、碳化铌粉末中的至少一种，优选为碳化钨粉末；和/或
所述粘结相粉末为钴粉、镍粉、铁粉、铜粉中的至少一种，优选为钴粉。
本发明在第二方面提供了一种硬质合金刀具，所述硬质合金刀具的制备原料包括第一方面所述的改性硬质合金粉末。
本发明采用包括ZrCuNiAl非晶合金粉末的改性硬质合金粉末制得的硬质合金刀具相比传统硬质合金刀具具有更好的韧性、耐磨性，更长的使用寿命长，可满足其在汽车、航空航天、机械加工等领域的应用。
本发明在第三方面提供了第二方面的硬质合金刀具的一种制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1.将硬质相粉末和ZrCuNiAl非晶合金粉末混合，得到改性硬质合金粉末；
S2.将所述改性硬质合金粉末铺设在成形基板上，形成改性硬质合金粉末层；
S3.将所述改性硬质合金粉末层进行熔化、凝固成形，得到硬质合金刀具。
在本发明一个优选的实施例中，硬质合金刀具的制备方法包括：S1.将硬质相粉末和ZrCuNiAl非晶合金粉末混合，得到改性硬质合金粉末；S2.将所述改性硬质合金粉末铺设在成形基板上，形成改性硬质合金粉末层；S3.将所述改性硬质合金粉末层进行熔化、凝固成形，得到第一硬质合金层；S4.重复铺设改性硬质合金粉末层、熔化、凝固成形，得到硬质合金刀具。
本发明在第四方面提供了第二方面的另一种硬质合金刀具的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1.将硬质相粉末、粘结相粉末和ZrCuNiAl非晶合金粉末混合，得到改性硬质合金粉末；
S2.将所述改性硬质合金粉末铺设在成形基板上，形成改性硬质合金粉末层；
S3.将所述改性硬质合金粉末层进行熔化、凝固成形，得到硬质合金刀具。
在本发明一个优选的实施例中，硬质合金刀具的制备方法包括：将硬质相粉末、粘结相粉末和ZrCuNiAl非晶合金粉末混合，得到改性硬质合金粉末；将所述改性硬质合金粉末铺设在成形基板上，形成改性硬质合金粉末层；将所述改性硬质合金粉末层进行熔化、凝固成形，得到第一硬质合金层；重复铺设改性硬质合金粉末层、熔化、凝固成形，得到硬质合金刀具。
本发明将改性硬质合金粉末铺层后经熔化、凝固成形即可得到具有高韧性、高耐磨性的刀具，工艺简单、成本低、效率高，可有效克服现有硬质合金刀具制备方法周期长、成本高、加工难度大的问题。
需要说明的是，本发明可以根据实际需求设置改性硬质合金粉末层的厚度，以及改性硬质合金粉末层的层数；通过重复铺设改性硬质合金粉末层、熔化、凝固成形，得到硬质合金刀具；例如，当单层改性硬质合金粉末层的厚度为50μm，如果要制备厚度为5mm的硬质合金刀具，则需要参照上述方法进行100次铺层、熔化、凝固成形，得到硬质合金刀具；当单层改性硬质合金粉末层的厚度为60μm，如果要制备厚度为3mm的硬质合金刀具，则需要参照上述方法进行50次铺层、熔化、凝固成形，得到硬质合金刀具。具体为：先将第一层改性硬质合金粉末层铺设在成形基板上，进行熔化、凝固成形得到第一硬质合金层，然后在第一硬质合金层表面铺设第二层改性硬质合金粉末层，进行熔化、凝固成形，得到第二硬质合金层，以此类推，最终得到厚度满足需求的硬质合金刀具。
根据一些优选的实施方式，所述改性硬质合金粉末层的厚度为20～100μm(例如，可以为20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm)，优选为40～60μm(例如，可以为40μm、45μm、50μm、55μm或60μm)。需要说明的是，改性硬质合金粉末层的厚度指的是单层改性硬质合金粉末层的厚度。本发明将改性硬质合金粉末层的厚度控制在上述范围，即可确保经熔化、凝固成形得到结构稳定性能均一的硬质合金刀具。若厚度过大，易造成熔化不均匀，影响硬质合金刀具的性能。
根据一些优选的实施方式，将所述改性硬质合金粉末铺设在成形基板上之前还包括对基板进行清洁和预热的步骤；优选的是，所述预热的温度为100～140℃(例如，可以为100℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃或140℃)。
本发明在将改性硬质合金粉末铺设在成形基板上之前使用清洁剂将成形机器的成形基板表面进行清洁，去除成形基板上的杂质，如残留粉末、灰尘，并对成形基板进行预热，缩小基板与接触粉末温度的偏差，同时可以缩小各层间的温差，降低残余应力。
根据一些优选的实施方式，所述熔化通过采用激光器发射激光实现；所述激光器的扫描速度为900～1600mm/s(例如，可以为900mm/s、950mm/s、1000mm/s、1050mm/s、1100mm/s、1150mm/s、1200mm/s、1250mm/s、1300mm/s、1350mm/s、1400mm/s、1450mm/s、1500mm/s、1550mm/s或1600mm/s)，优选为900～1200mm/s(例如，可以为900mm/s、950mm/s、1000mm/s、1100mm/s、1150mm/s或1200mm/s)，扫描间距为0.08～0.12mm(例如，可以为0.08mm、0.09mm、0.1mm、0.11mm或0.12mm)，激光功率为200～300W(例如，可以为200W、210W、220W、230W、240W、250W、260W、270W、280W、290W或300W)。
需要说明的是，当激光器的扫描速度越大，激光功率越小，非晶合金粉末的晶化程度最小，例如，激光器的扫描速度为1600m/s，激光功率为200w时，ZrCuNiAl非晶合金粉末的晶化程度最小，晶化率为3～6％；同理，当激光器的扫描速度越小，激光功率越大，非晶合金粉末的晶化程度最大，例如，激光器的扫描速度为900m/s，激光功率为300w时，ZrCuNiAl非晶合金粉末的晶化程度最大，晶化率为15～20％。
本发明通过采用激光器发射激光实现改性硬质合金粉末层的熔化，本发明将激光器的各参数控制在上述范围，可以有效提升硬质合金刀具的弯曲强度和韧性，确保制得的硬纸合金刀具具有优异的综合性能；若激光器的扫描速度过小或激光功率过大，均会导致非晶合金的晶化程度过大，使得硬质合金刀具的弯曲强度和韧性降低。
为了更加清楚地说明本发明的技术方案及优点，下面结合实施例对本发明作进一步说明。本发明中的材料和试剂均可以是在市面上直接购买得到或自行合成得到，对具体型号不做限制。
本发明实施例和对比例的性能测试方法如下：
致密度测试：采用阿基米德排水法；
硬度测试：利用维氏硬度计测量其硬度；
弯曲强度(抗弯强度)测试：采用三点弯法测量，根据国家标准GB/T6569-2006，试样尺寸为3mm×4mm×36mm，加载速率0.5mm/min；
耐磨性测试：使用往复式磨损试验机和轮廓仪进行耐磨性测量；
断裂韧性测试：采用三点弯法测试方法测量，根据国家标准GB/T 23806-2009，试样尺寸为2mm×4mm×22mm，切口尺寸为2mm，加载速率0.05mm/min。
实施例1
S1.首先将粒径为20μm的WC粉末与粒径为20μm的Zr57.4Cu16.4Ni8.2Al10粉末按质量比为8:2混合，加入球磨机中，以球磨速度150r/min球磨时间12h，得到改性硬质合金粉末；
S2.将改性硬质合金粉末放入干燥箱在140℃下保温10h烘干除湿后放入干燥箱以150℃保温18h继续干燥，除去剩余水分；使用无水乙醇将成形机器的成形基板进行表面清洁，并以120℃对成形基板进行预热，然后将干燥后的改性硬质合金粉末加入送粉缸中，经过机器装置铺粉在成形基板上形成厚度为60μm改性硬质合金粉末层；
S3.在99.99％浓度氩气下，采用激光器发射激光将改性硬质合金粉末层进行熔化、凝固成形，得到硬质合金层；其中，激光器的扫描速度为1200m/s，扫描间距为0.10mm，激光功率为250w；
S4.重复铺设改性硬质合金粉末层、熔化、凝固成形，得到厚度为3mm的硬质合金刀具。
实施例2
S1.首先将粒径为20μm的WC粉末以及粒径为20μm的Zr51Cu24.70N14.34Al9.96粉末按质量比为7:3混合，加入球磨机中，以球磨速度150r/min球磨时间12h，得到改性硬质合金粉末；
S2.将改性硬质合金粉末放入干燥箱在140℃下保温10h烘干除湿后放入干燥箱以150℃保温18h继续干燥，除去剩余水分；使用无水乙醇将成形机器的成形基板进行表面清洁，并以120℃对成形基板进行预热，然后将干燥后的改性硬质合金粉末加入送粉缸中，经过机器装置铺粉在成形基板上形成厚度为50μm改性硬质合金粉末层；
S3.在99.99％浓度氩气下，采用激光器发射激光将改性硬质合金粉末层进行熔化、凝固成形，得到硬质合金层；其中，激光器的扫描速度为900m/s，扫描间距为0.10mm，激光功率为300w；
S4.重复铺设改性硬质合金粉末层、熔化、凝固成形，得到厚度为3mm的硬质合金刀具。
实施例3
S1.首先将粒径为40μm的WC粉末与粒径为40μm的Zr51Cu20.7Ni12Al16.3粉末按质量比为9:1混合，加入球磨机中，以球磨速度150r/min球磨时间12h，得到改性硬质合金粉末；
S2.将改性硬质合金粉末放入干燥箱在140℃下保温10h烘干除湿后放入干燥箱以150℃保温18h继续干燥，除去剩余水分；使用无水乙醇将成形机器的成形基板进行表面清洁，并以120℃对成形基板进行预热，然后将干燥后的改性硬质合金粉末加入送粉缸中，经过机器装置铺粉在成形基板上形成厚度为40μm改性硬质合金粉末层；
S3.在99.99％浓度氩气下，采用激光器发射激光将改性硬质合金粉末层进行熔化、凝固成形，得到硬质合金层；其中，激光器的扫描速度为1600m/s，扫描间距为0.10mm，激光功率为300w；
S4.重复铺设改性硬质合金粉末层、熔化、凝固成形，得到厚度为3mm的硬质合金刀具。
对比例1
与实施例1基本相同，其区别在于：S1.首先将粒径为20μm的WC粉末以及粒径为20μm的Zr57.4Cu16.4Ni8.2Al10粉末按质量比为9.5:0.5混合，加入球磨机中，以球磨速度150r/min球磨时间12h，得到改性硬质合金粉末。
对比例2
与实施例1基本相同，其区别在于：S1.首先将粒径为20μm的WC粉末以及粒径为20μm的Zr57.4Cu16.4Ni8.2Al10粉末按质量比为6:4混合，加入球磨机中，以球磨速度150r/min球磨时间12h，得到改性硬质合金粉末。
对比例3
与实施例1基本相同，其区别在于：在步骤S3中，在99.99％浓度氩气下，采用激光器发射激光将改性硬质合金粉末层进行熔化、凝固成形；其中，激光器的扫描速度为600m/s，扫描间距为0.10mm，激光功率为500w。
对比例4
与实施例1基本相同，其区别在于：
在步骤S1中，首先将粒径为20μm的WC粉末与粒径为20μm的混合金属粉末按质量比为8:2混合，加入球磨机中，以球磨速度150r/min球磨时间12h，得到改性硬质合金粉末；其中，混和金属粉末由摩尔比为57.4:16.4:8.2:10的Zr粉、Cu粉、Ni粉和Al粉末组成。
实施例4
S1.首先将粒径为20μm的WC粉末与粒径为20μm的Co粉末以及粒径为20μm的Zr57.4Cu16.4Ni8.2Al10粉末按质量比为8:1:1混合，加入球磨机中，以球磨速度150r/min球磨时间12h，得到改性硬质合金粉末；
S2.将改性硬质合金粉末放入干燥箱在140℃下保温10h烘干除湿后放入干燥箱以150℃保温18h继续干燥，除去剩余水分；使用无水乙醇将成形机器的成形基板进行表面清洁，并以120℃对成形基板进行预热，然后将干燥后的改性硬质合金粉末加入送粉缸中，经过机器装置铺粉在成形基板上形成厚度为60μm改性硬质合金粉末层；
S3.在99.99％浓度氩气下，采用激光器发射激光将改性硬质合金粉末层进行熔化、凝固成形，得到硬质合金层；其中，激光器的扫描速度为900m/s，扫描间距为0.10mm，激光功率为300w；
S4.重复铺设改性硬质合金粉末层、熔化、凝固成形，得到厚度为3mm的硬质合金刀具。
实施例5
S1.首先将粒径为20μm的WC粉末与粒径为20μm的Co粉末以及粒径为20μm的Zr51Cu24.70N14.34Al9.96粉末按质量比为8:1:1混合，加入球磨机中，以球磨速度150r/min球磨时间12h，得到改性硬质合金粉末；
S2.将改性硬质合金粉末放入干燥箱在140℃下保温10h烘干除湿后放入干燥箱以150℃保温18h继续干燥，除去剩余水分；使用无水乙醇将成形机器的成形基板进行表面清洁，并以120℃对成形基板进行预热，然后将干燥后的改性硬质合金粉末加入送粉缸中，经过机器装置铺粉在成形基板上形成厚度为50μm改性硬质合金粉末层；
S3.在99.99％浓度氩气下，采用激光器发射激光将改性硬质合金粉末层进行熔化、凝固成形，得到硬质合金层；其中，激光器的扫描速度为1200m/s，扫描间距为0.10mm，激光功率为250w；
S4.重复铺设改性硬质合金粉末层、熔化、凝固成形，得到厚度为3mm的硬质合金刀具。
实施例6
S1.首先将粒径为40μm的WC粉末与粒径为40μm的Co粉末以及粒径为40μm的Zr51Cu20.7Ni12Al16.3粉末按质量比为8:1:1混合，加入球磨机中，以球磨速度150r/min球磨时间12h，得到改性硬质合金粉末；
S2.将改性硬质合金粉末放入干燥箱在140℃下保温10h烘干除湿后放入干燥箱以150℃保温18h继续干燥，除去剩余水分；使用无水乙醇将成形机器的成形基板进行表面清洁，并以120℃对成形基板进行预热，然后将干燥后的改性硬质合金粉末加入送粉缸中，经过机器装置铺粉在成形基板上形成厚度为40μm改性硬质合金粉末层；
S3.在99.99％浓度氩气下，采用激光器发射激光将改性硬质合金粉末层进行熔化、凝固成形，得到硬质合金层；其中，激光器的扫描速度为1600m/s，扫描间距为0.10mm，激光功率为300w；
S4.重复铺设改性硬质合金粉末层、熔化、凝固成形，得到厚度为3mm的硬质合金刀具。
实施例7
S1.首先将粒径为40μm的WC粉末与粒径为40μm的Co粉末以及粒径为40μm的Zr57.4Cu16.4Ni8.2Al10粉末按质量比为70:5:25混合，加入球磨机中，以球磨速度150r/min球磨时间12h，得到改性硬质合金粉末；
S2.将改性硬质合金粉末放入干燥箱在140℃下保温10h烘干除湿后放入干燥箱以150℃保温18h继续干燥，除去剩余水分；使用无水乙醇将成形机器的成形基板进行表面清洁，并以120℃对成形基板进行预热，然后将干燥后的改性硬质合金粉末加入送粉缸中，经过机器装置铺粉在成形基板上形成厚度为60μm改性硬质合金粉末层；
S3.在99.99％浓度氩气下，采用激光器发射激光将改性硬质合金粉末层进行熔化、凝固成形，得到硬质合金层；其中，激光器的扫描速度为900m/s，扫描间距为0.10mm，激光功率为300w；
S4.重复铺设改性硬质合金粉末层、熔化、凝固成形，得到厚度为3mm的硬质合金刀具。
对比例5
与实施例4基本相同，其区别在于：在步骤S1中，首先将粒径为20μm的WC粉末与粒径为20μm的Co粉末按质量比为8:2混合，加入球磨机中，以球磨速度150r/min球磨时间12h，得到改性硬质合金粉末。
对比例6
与实施例4基本相同，其区别在于：在步骤S3中，在99.99％浓度氩气下，采用激光器发射激光将改性硬质合金粉末层进行熔化、凝固成形；其中，激光器的扫描速度为600m/s，扫描间距为0.10mm，激光功率为500w。
对比例7
与实施例4基本相同，其区别在于：在步骤S1中，首先将粒径为20μm的WC粉末与粒径为20μm的Co粉末以及粒径为20μm的混合金属粉末按质量比为8:1:1混合，加入球磨机中，以球磨速度150r/min球磨时间12h，得到改性硬质合金粉末；其中，混和金属粉末由摩尔比为57.4:16.4:8.2:10的Zr粉、Cu粉、Ni粉和Al粉末组成。
表1.本发明实施例和对比例的制得的硬质合金刀具的性能数据
由表1可知，本发明实施例1-7制得的硬质合金刀具具有优异的综合性能。对比例1因ZrCuNiAl非晶合金粉末的用量过小，制得的硬质合金刀具的弯曲强度和断裂韧性较实施例1明显降低。对比例2因ZrCuNiAl非晶合金粉末的用量过大，制得的硬质合金刀具的致密度、弯曲强度和断裂韧性虽较实施例1有所增加，但硬度和耐磨性较实施例1明显下降。对比例3制得刀具过程中的激光扫描速度过小，激光功率过大，导致非晶合晶粉末晶化程度过大，制得的硬质合金刀具的弯曲强度和断裂韧性较实施例1明显降低。对比例4采用混合金属粉末代替非晶合金粉末，制得的硬质合金刀具的弯曲强度和断裂韧性较实施例1明显降低。对比例5采用传统硬质相粉末和粘结相粉末，未加入非晶合晶粉末，制得的硬质合金刀具的弯曲强度、耐磨性、断裂韧性较实施例4明显降低。对比例6制得刀具过程中的激光扫描速度过小，激光功率过大，导致非晶合晶粉末晶化程度过大，制得的硬质合金刀具的弯曲强度和断裂韧性较实施例4明显降低。对比例7采用混合金属粉末代替非晶合金粉末，制得的硬质合金刀具的弯曲强度和断裂韧性较实施例4明显降低。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种改性硬质合金粉末，其特征在于，所述改性硬质合金粉末包括硬质相粉末和ZrCuNiAl非晶合金粉末；所述改性硬质合金粉末包括以质量分数计的所述硬质相粉末70～90％，ZrCuNiAl非晶合金粉末10～30％；
所述ZrCuNiAl非晶合金为Zr51Cu24.22Ni14.06Al10.72、Zr51Cu24.70Ni14.34Al9.96、Zr51Cu20.7Ni12Al16.3中的一种或多种；上述ZrCuNiAl非晶合金的通式为ZrxCuyNizAlt，其中x、y、z和t的比即为Zr、Cu、Ni和Al的摩尔比。
2.根据权利要求1所述的改性硬质合金粉末，其特征在于，所述改性硬质合金粉末还包括粘结相粉末。
3.根据权利要求2所述的改性硬质合金粉末，其特征在于，以所述改性硬质合金粉末的总质量计，所述硬质相粉末占70～90％；所述粘结相粉末和ZrCuNiAl非晶合金粉末的质量之和占10～30％。
4.根据权利要求2所述的改性硬质合金粉末，其特征在于，所述硬质相粉末为碳化钨粉末、碳化钛粉末、碳化钽粉末、碳化铌粉末中的至少一种；和/或
所述粘结相粉末为钴粉、镍粉、铁粉、铜粉中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的改性硬质合金粉末，其特征在于，所述硬质相粉末为碳化钨粉末；和/或
所述粘结相粉末为钴粉。
6.一种硬质合金刀具，其特征在于，所述硬质合金刀具的制备原料包括权利要求1-5任一项所述的改性硬质合金粉末。
7.一种权利要求6所述的硬质合金刀具的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S1.将硬质相粉末和ZrCuNiAl非晶合金粉末混合，得到改性硬质合金粉末；
S2.将所述改性硬质合金粉末铺设在成形基板上，形成改性硬质合金粉末层；
S3.将所述改性硬质合金粉末层进行熔化、凝固成形，得到硬质合金刀具；所述熔化通过采用激光器发射激光实现；所述激光器的扫描速度为900～1600mm/s，扫描间距为0.08～0.12mm，激光功率为200～300W。
8.一种权利要求6所述的硬质合金刀具的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S1.将硬质相粉末、粘结相粉末和ZrCuNiAl非晶合金粉末混合，得到改性硬质合金粉末；
S2.将所述改性硬质合金粉末铺设在成形基板上，形成改性硬质合金粉末层；
S3.将所述改性硬质合金粉末层进行熔化、凝固成形，得到硬质合金刀具；所述熔化通过采用激光器发射激光实现；所述激光器的扫描速度为900～1600mm/s，扫描间距为0.08～0.12mm，激光功率为200～300W。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述改性硬质合金粉末层的厚度为20～100μm。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述改性硬质合金粉末层的厚度为40～60μm。
11.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，将所述改性硬质合金粉末铺设在成形基板上之前还包括对基板进行清洁和预热的步骤。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述预热的温度为100～140℃。
CN202311009892.7A 2023-08-11 2023-08-11 一种改性硬质合金粉末、硬质合金刀具及其制备方法 Active CN117000991B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311009892.7A CN117000991B (zh) 2023-08-11 2023-08-11 一种改性硬质合金粉末、硬质合金刀具及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311009892.7A CN117000991B (zh) 2023-08-11 2023-08-11 一种改性硬质合金粉末、硬质合金刀具及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN117000991A CN117000991A (zh) 2023-11-07
CN117000991B true CN117000991B (zh) 2024-04-16

Family

ID=88563385

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311009892.7A Active CN117000991B (zh) 2023-08-11 2023-08-11 一种改性硬质合金粉末、硬质合金刀具及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117000991B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090022634A (ko) * 2007-08-31 2009-03-04 한국생산기술연구원 비정질 결합제를 이용한 ｐｃｄ 제조방법
WO2014115663A1 (ja) * 2013-01-23 2014-07-31 サンアロイ工業株式会社 超硬合金及びその製造方法、並びに超硬工具
CN105239024A (zh) * 2015-11-13 2016-01-13 东莞宜安科技股份有限公司 一种高硬度非晶复合材料及其制备方法和应用
CN109044497A (zh) * 2018-08-16 2018-12-21 深圳市锆安材料科技有限公司 一种低创面非晶合金刀具及其制备方法
CN109112378A (zh) * 2018-09-21 2019-01-01 四川煜兴新型材料科技有限公司 一种新粘结相硬质合金材料的制备方法
CN109161773A (zh) * 2018-09-21 2019-01-08 成都理工大学 一种高熵合金粘结相硬质合金的制备方法
CN115740486A (zh) * 2022-12-16 2023-03-07 河源市蓝海米克模具刀具有限公司 一种光固化打印硬质合金刀具及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090022634A (ko) * 2007-08-31 2009-03-04 한국생산기술연구원 비정질 결합제를 이용한 ｐｃｄ 제조방법
WO2014115663A1 (ja) * 2013-01-23 2014-07-31 サンアロイ工業株式会社 超硬合金及びその製造方法、並びに超硬工具
CN105239024A (zh) * 2015-11-13 2016-01-13 东莞宜安科技股份有限公司 一种高硬度非晶复合材料及其制备方法和应用
CN109044497A (zh) * 2018-08-16 2018-12-21 深圳市锆安材料科技有限公司 一种低创面非晶合金刀具及其制备方法
CN109112378A (zh) * 2018-09-21 2019-01-01 四川煜兴新型材料科技有限公司 一种新粘结相硬质合金材料的制备方法
CN109161773A (zh) * 2018-09-21 2019-01-08 成都理工大学 一种高熵合金粘结相硬质合金的制备方法
CN115740486A (zh) * 2022-12-16 2023-03-07 河源市蓝海米克模具刀具有限公司 一种光固化打印硬质合金刀具及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN117000991A (zh) 2023-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107663607B (zh) 一种高熵合金把持磨料颗粒的复合材料及其制备方法和应用
CN108823478A (zh) 超细高熵合金粘结相金属陶瓷及其制备方法
US11634333B2 (en) Boron-containing titanium-based composite powder for 3D printing and method of preparing same
CN101338391B (zh) 一种具有高强度高延韧性快速凝固块体铝合金及其制备方法
CN112935252A (zh) 一种基于激光选区熔化技术制备高强韧共晶高熵合金的方法
CN100420762C (zh) TiC-WC基合金制品
CN113618073B (zh) 一种钛铝基合金球形粉末的短流程气雾化制备方法
CN113881875B (zh) 一种三维骨架结构金属增强铝基复合材料及制备方法
CN110804711A (zh) 一种高熵合金粉末及激光熔覆层制备方法和应用
CN114481053B (zh) 一种镁锌铝镍钒合金靶材及其制造方法
CN105945291A (zh) 一种双晶梯度硬质合金刀具材料及其制备方法
CN107099720A (zh) 一种铝合金加工用硬质合金刀具材料及其制备方法
CN112111684A (zh) 3D打印三元硼化物Mo2NiB2合金粉末及其生产工艺
Su et al. Microstructure and performance characterization of Co-based diamond composites fabricated via fused deposition molding and sintering
CN109576546A (zh) 一种高强韧性无磁Ti(C,N)基金属陶瓷的制备方法
CN117000991B (zh) 一种改性硬质合金粉末、硬质合金刀具及其制备方法
CN113795603B (zh) Ni基合金、Ni基合金粉末、Ni基合金构件和具备Ni基合金构件的制造物
CN116555758B (zh) 一种金属陶瓷梯度涂层及其制备方法与应用
CN102191405B (zh) 一种带钢焊接设备夹持和加载工具用铜合金及其生产方法
CN107841647A (zh) 一种钯基合金电阻应变材料及其制备方法
CN114985764A (zh) 一种陶瓷-金属复合材料增材制造方法
TW202231890A (zh) 從粉末所製作的造形體
CN100555800C (zh) 电机端环材料及其用该材料制作电机端环的方法
WO2009112192A2 (de) Verbundwerkstoff auf basis von übergangsmetalldiboriden, verfahren zu dessen herstellung und dessen verwendung
CN106834809A (zh) 一种以钴基合金作为粘结相的高性能硬质合金

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