一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于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。本发明专利技术提供了一种金属陶瓷颗粒，由中心层至表层依次为：耐磨相、过渡相和增韧基体相。本发明专利技术还提供了一种上述金属陶瓷颗粒的制备方法，本发明专利技术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，本发明专利技术提供的技术方案制得的产品，强度可满足基础建设、矿产开发、石油钻井等技术领域的应用需求；同时，本发明专利技术中，打印和烧结一步到位，可以精确控制各相的精度，各相之间结合性能好，微观结构和性能稳定性高。解决现有技术中，金属陶瓷存在微观结构和性能控制的局限性，无法达到耐磨性和断裂韧性同时提高的技术缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于3D打印
，尤其涉及一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用。
技术介绍
金属陶瓷是粉末冶金工艺生产的具有高耐磨、高强度以及耐腐烛等诸多优异性能的材料，金属陶瓷通常是由过渡元素碳化物(WC、TiC、VC等)和金属增韧基体相(Co或Ni)组成。金属陶瓷颗粒综合了碳化物相的高耐磨性、高硬度和金属增韧基体相高强度、高韧性，使得金属陶瓷颗粒在金属切削、基础建设、盾构挖掘、矿产开发、石油钻井等领域得到广泛应用。目前，各类金属陶瓷应用领域对金属陶瓷材料的耐磨性和断裂韧性要求越来越高。现有技术中，主要是依靠气氛处理的梯度金属陶瓷研究比较普遍，对不同组分的金属陶瓷进行渗碳、脱碳、渗氮以及脱氮等气氛处理，进而制备金属陶瓷。然而，通过现有技术中制备方法得到的金属陶瓷，主要是表层达到高耐磨性而内部具有高韧性，其对微观结构和性能控制的自由度非常有限，很难制备形状复杂的带有内部复杂结构的多级复合显微结构的金属陶瓷，因此很大程度上限制了金属陶瓷的应用范围。因此，研发出一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用，用于解决现有技术中，金属陶瓷微观结构和性能控制的局限性，从而严重影响金属陶瓷应用范围，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用，用于解决现有技术中，金属陶瓷多级复合制备控制技术的局限性，从而严重影响金属陶瓷的使用范围。本专利技术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；所述耐磨相选自：Al2O3、Si3N4、赛隆陶瓷或ZrO2中的任意一种。优选地，所述过渡相为WC-Co合金；所述过渡相为WC-Co合金；Co的质量百分含量为5～15％。优选地，所述增韧基体相为Co-Ni-Cr-Y。优选地，所述耐磨相的粒径为10～150μm，所述过渡相的粒径为10～150μm。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(40～75):(10～30):(17～58)。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)。本专利技术还提供了使用以上任意一项所述的金属陶瓷颗粒为原料制备任意形状材料的制备方法，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；所述铺粉法中激光束的功率为100～500W，所述铺粉法中扫描间距为0.06mm，所述铺粉法中扫描速度为800～1000mm/s，所述铺粉法中光斑直径为30～150μm，所述铺粉法中能量密度为107W/cm2。优选地，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，制粒后预烧脱胶，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，得金属陶瓷产品。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。本专利技术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基础建设、盾构掘进、矿产开发、石油钻井领域的应用。综上所述，本专利技术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；所述耐磨相选自：Al2O3、Si3N4、赛隆陶瓷或ZrO2中的任意一种。本专利技术提供了一种上述金属陶瓷颗粒的制备方法，本专利技术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，本专利技术提供的技术方案制得的产品，强度可满足基础建设、盾构掘进、矿产开发、石油钻进等
的应用需求；同时，本专利技术的制备方法中，打印和烧结一步到位，可以精确控制各相的精度，各相结合性能好，微观结构和性能稳定性高。解决现有技术中，金属陶瓷难以制备和控制多级复合微观结构及性能，严重限制了金属陶瓷的应用领域。具体实施方式本专利技术提供了一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用，用于解决现有技术中，金属陶瓷难以制备和控制多级复合微观结构及性能，严重限制了金属陶瓷的应用领域。下面将对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。为了更详细说明本专利技术，下面结合实施例对本专利技术提供的一种金属陶瓷颗粒及其制备方法与应用，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。1.1制备金属陶瓷颗粒1。金属陶瓷颗粒1中，耐磨相-过渡相-增韧基体相的体积比为：65:20:30。按照下述方法制备得到Al2O3耐磨相：将Al2O3和2wt％石蜡混合，得到混合物；将上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。本实施例中，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1400℃。本实施例制备得到的耐磨相的粒径为40μm，成分为Al2O3。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36g混合好的过渡相WC-Co粉末与31g上述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1200℃。本实施例制备得到的过渡相的成分为WC-15wt％Co。按照下述方法制备得到Co-Ni-Cr-Y增韧基体相：增韧基体相的97Co-1Ni-1Cr-1Y由Co、Ni、Cr和Y粉混合制备，其中Co、Ni、Cr和Y粉均可在市场购得。将67g上述制备的耐磨相-过渡相团粒与33g的基体相粉末混合，进行48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％。1.2激光选区熔化(SLM)直接法3D制备金属陶瓷：将金属陶瓷颗粒1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，使金属陶瓷颗粒烧结，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金属陶瓷颗粒重复上述步骤的操作过程，直至得到预设形状的金属陶瓷，即为产品1。实施例2本实施例为制备产品2的具体实施例。2.1制备金属陶瓷颗粒2。金属陶瓷颗粒2中，耐磨相-过渡相-增韧基体相的体积比为：60:15:38。按照下述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合金属陶瓷颗粒，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；所述耐磨相选自：Al2O3、Si3N4、赛隆陶瓷或ZrO2中的任意一种。

【技术特征摘要】
1.一种复合金属陶瓷颗粒，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；所述耐磨相选自：Al2O3、Si3N4、赛隆陶瓷或ZrO2中的任意一种。2.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5～15％。3.根据权利要求1所述的金属陶瓷颗粒，其特征在于，所述增韧基体相为Co-Ni-Cr-Y。4.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10～150μm。5.根据权利要求1所述的复合金属陶瓷颗粒，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1所述的复合金属陶瓷颗粒，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)。7.一种使用权利要求1至6任意一项所述的金属陶瓷颗粒为原料制备任意形状材料的制备方法，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓欣，陈健，刘金洋，伍尚华，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44