生产金属陶瓷或硬质合金粉末的方法技术

本公开涉及一种生产致密且球形的硬质合金或金属陶瓷颗粒的粉末的方法。本公开还涉及一种通过所述方法制造的粉末及所述粉末用于增材制造如通过粘合剂喷射技术实现的3D印刷的用途。此外，本公开涉及一种通过使用所述粉末制造制品的热等静压(HIP)方法。

Method for producing metal or hard alloy powder

The present invention relates to a method for producing a dense, spherical cemented carbide or metal ceramic particle. The present invention also relates to a powder made by said method and the use of said powder for material processing, such as 3D printing, which is achieved by means of an adhesive spray technique. In addition, the present invention relates to a method for producing hot isostatic pressing (HIP) by using the powder.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及一种生产致密且球形的硬质合金或金属陶瓷颗粒的粉末的方法。本公开还涉及一种通过所述方法制造的粉末及所述粉末用于增材制造如通过粘合剂喷射技术实现的3D印刷的用途。此外，本公开涉及一种通过使用所述粉末制造制品的热等静压(HIP)方法。
技术介绍
增材制造别名3D(三维)印刷，是使用增材工艺由数字模型生产三维固体组件的方法。在这种工艺中，多层材料依次铺放且组件逐层构建。3D印刷与传统机械加工技术的不同之处在于其为构建形状的工艺，而传统机械加工通常依靠通过诸如切割或钻孔的方法从工件中除去材料且由此形成最终形状。在粘合剂喷射型3D印刷方法的一个实例中，第一层粉末铺展在表面之上。液体粘合剂以通过数字模型预定的图案沉积(印刷)在所述表面之上。铺展第二层粉末用于待印刷的下一预定图案。重复该过程直至完成3D印刷生坯体的形成。也可能需要用于改善某些热固性聚合物的强度的随后固化过程。3D印刷生坯体在除去松散(无粘合剂)的粉末之后准备用于随后的脱脂和烧结过程。例如，可通过所述程序制造金属陶瓷、硬质合金或金属的组件。烧结制品的最终密度和品质取决于例如烧结条件和粉末性质。用3D方法由粉末生产金属陶瓷的实例公开在Y.Xiong等刊登在粉末冶金(PowderMetallurgy)2010,第53卷，第1期，第41-46页中的“通过激光工程化净成形制造的(Ti,W)C-Ni金属陶瓷((Ti,W)C-Nicermetsbylaserengineerednetshaping)”中。存在使得用3D印刷技术制造高品质金属陶瓷或硬质合金制品成为可能的持续需求。这意味着对将在所述方法中使用的粉末有高要求。将在组件的最终制造中控制的特征的实例为制品的晶粒尺寸、孔隙度和形状保持及收缩。这意味着对所用粉末有高要求，因为粉末的品质和性质对于最终组件的品质是重要的。
技术实现思路
本公开的一方面在于提供一种生产可在用于制造金属陶瓷或硬质合金制品的3D印刷中使用的粉末的方法。又一方面在于提供一种生产解决上述要求中的至少一些的粉末的方法。本公开的又一方面在于提供一种使用如上文或下文限定的粉末的HIP方法，其将提供具有增强的硬度和耐磨性的硬质合金或金属陶瓷。这些方面通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求11所述的粉末及根据权利要求14所述的方法实现。优选的实施方式在从属权利要求项中公开。利用根据权利要求1所述的方法的一个优点在于可以将包含金属陶瓷或硬质合金的团聚(多孔)组分的球形颗粒的粉末转化成包含致密且球形金属陶瓷或硬质合金颗粒的粉末。可在具有较少的颗粒粘着或烧结在一起(在下文称为\颗粒间烧结\)的问题的情况下制造所述粉末，因为抑制剂粉末防止在烧结致密化期间在各球形颗粒之间的接触。颗粒间烧结通常导致烧结的粉末粘着到一起且由此形成共同烧结颗粒团聚体或甚至形成粉末的烧结饼。可能可以将烧结粉末饼研磨，在损失一些颗粒的球形且最微细球形颗粒的量降低的情况下再次形成具有特定颗粒破碎度的粉末。如上文或下文限定的方法的另一优点在于来自作为多孔颗粒的颗粒状态的球形可在烧结期间保持且因此产生包含致密且球形金属陶瓷或硬质合金颗粒的粉末。所述颗粒的球形是有利的，因为球形颗粒的粉末具有良好的流动性质和良好的充填性质。此外，如上文或下文限定的方法的另一优点在于致密且球形的金属陶瓷或硬质合金颗粒的制造粉末在每一颗粒中都表现出高或甚至全密度，且因此在3D印刷体中的总气孔体积将小于如果使用多孔且不太致密的充填金属陶瓷或硬质合金颗粒将实现的总体积。这种密度方面对于在随后的烧结或HIP方法之后的收缩以及符合预测的坯体几何构型的能力具有重大影响。应当注意在来源于喷雾干燥的颗粒中的较大中空空间可能仍然存在。此外，如上文或下文限定的方法的又一优点在于所制造的粉末借助于致密且球形的金属陶瓷或硬质合金颗粒而赋予生坯体高充填密度。由于在生坯体的随后烧结处理期间有限的收缩，所述高充填密度是有利的。此外，高充填密度促进实现高烧结密度，这对于实现闭孔(即，相互间不连通的孔隙)可为决定性的。只有通过闭孔的所得状态，可使所述坯体通过随后的后烧结HIP方法进一步致密化到全密度。根据本公开制造的粉末可用于例如用于制造近净形金属陶瓷或硬质合金组件的粉末冶金(PM)领域中。本公开的应用领域为作为用于粘合剂喷射3D印刷技术以及封装粉末的近净形HIP的粉末原料。可选地，所述粉末通常可用于其他类型的增材制造技术以及其他PM技术中。如上文或下文限定的方法的一个优点在于所得组件可为全密度净形或近净形组件，因此所得组件将几乎没有空隙或没有空隙。如上文或下文限定的方法的另一优点在于当将锆合金或钛合金作为包套材料使用时，在所述包套与所述硬质合金或金属陶瓷之间的接触界面处形成ZrC或TiC的层。该碳化物层为致密的且几乎没有裂纹且因此防止在所述包套与如上文或下文限定的粉末之间的大部分相互扩散。因此，该碳化物层由此限制碳从所述硬质合金或金属陶瓷损失到所述包套材料中并维持所述硬质合金或金属陶瓷的化学平衡和稳定性。此外，该碳化物层提供避免形成诸如M2C、M6C和M12C的含低碳的碳化物的条件。由此，不同等级的Zr(锆)或Ti(钛)合金可用于包套材料。并且，纯Ti或纯Zr可用作包套材料。本公开的其他方面、优点和新颖特点将在结合附图和权利要求书考虑时从以下专利技术详述而变得显而易见。附图说明图1示出根据实施例2生产的致密硬质合金颗粒在约1500X放大倍数下的扫描电子显微镜(SEM)图像；图2示出在Zr包套和已经根据如上文或下文限定的方法获得的硬质合金组件之间的界面的横截面的图像，其中1＝Zr；2＝ZrC；3＝先前富ZrZr/Co-共晶区；4＝低碳化物相；5＝先前粒子；6＝挤出的Co-粘合相。具体实施方式定义术语“金属陶瓷”在本文中旨在指示包含陶瓷相(即，硬质成分)和金属粘合相的材料。术语“硬质合金”在本文中旨在指示包含陶瓷相(即，硬质成分)和金属粘合相的材料，其中所述陶瓷相包含WC且所述金属相包含Co以及任选Ni、Fe、Cr和Mo中的一种或多种。术语“颗粒”是指通过例如喷雾干燥制造的团聚状态的混合物。术语“致密颗粒”是指烧结且致密的颗粒。术语“烧结”为其中实施在受控气氛下的加热以使微粒体系的表面最小化的工艺的通用术语，其主要与在邻近粒子或颗粒之间的键产生和团聚粒子或颗粒的收缩相关联。术语“颗粒内烧结”是指导致各颗粒致密化并收缩且形成致密且球形的颗粒的在颗粒内的烧结。术语“颗粒间烧结”是指在邻近颗粒之间产生烧结键。术语“生坯体”是指包含通过有机粘合剂粘合的颗粒的坯体。术语“固相线”是指当超过时会引起液相形成开始的特定温度。如本文所用的术语“约”旨在是指数值的+/-10％。本公开涉及一种生产致密且球形的金属陶瓷或硬质合金颗粒的粉末的方法，其中所述方法包括以下步骤：(a)形成包含金属、硬质成分和有机粘合剂的球形颗粒；(b)混合所述球形颗粒与烧结抑制剂粉末以形成球形颗粒和烧结抑制剂粉末的混合物；(c)在炉腔中装载球形颗粒和烧结抑制剂粉末的混合物；(d)在所述炉腔中在烧结温度下对在步骤(b)中获得的混合物热处理，以从所述球形颗粒中除去有机粘合剂且烧结在各球形颗粒中的所述硬质成分与所述金属，从而形成烧结的致密球形颗粒和烧结抑制剂粉末的混合物；(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产致密且球形的金属陶瓷或硬质合金颗粒的粉末的方法，其中所述方法包括以下步骤：(a)形成包含金属、硬质成分和有机粘合剂的球形颗粒；(b)将所述球形颗粒与烧结抑制剂粉末混合以形成球形颗粒和烧结抑制剂粉末的混合物；(c)在炉腔中装载所述球形颗粒和烧结抑制剂粉末的混合物；(d)在所述炉腔中在烧结温度下对在步骤(b)中获得的所述混合物热处理，以从所述球形颗粒中除去有机粘合剂且烧结在各球形颗粒中的所述硬质成分与所述金属，从而形成烧结的致密球形颗粒和烧结抑制剂粉末的混合物；(e)从所述炉腔中卸载所述烧结的致密球形颗粒和烧结抑制剂粉末的混合物；和(f)从所述烧结的致密球形颗粒中分离所述烧结抑制剂粉末，由此形成致密且球形的金属陶瓷或硬质合金颗粒的粉末。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.24 EP 14165842.71.一种生产致密且球形的金属陶瓷或硬质合金颗粒的粉末的方法，其中所述方法包括以下步骤：(a)形成包含金属、硬质成分和有机粘合剂的球形颗粒；(b)将所述球形颗粒与烧结抑制剂粉末混合以形成球形颗粒和烧结抑制剂粉末的混合物；(c)在炉腔中装载所述球形颗粒和烧结抑制剂粉末的混合物；(d)在所述炉腔中在烧结温度下对在步骤(b)中获得的所述混合物热处理，以从所述球形颗粒中除去有机粘合剂且烧结在各球形颗粒中的所述硬质成分与所述金属，从而形成烧结的致密球形颗粒和烧结抑制剂粉末的混合物；(e)从所述炉腔中卸载所述烧结的致密球形颗粒和烧结抑制剂粉末的混合物；和(f)从所述烧结的致密球形颗粒中分离所述烧结抑制剂粉末，由此形成致密且球形的金属陶瓷或硬质合金颗粒的粉末。2.根据权利要求1所述的方法，其中在各金属陶瓷或硬质合金的致密球形颗粒内的孔隙度小于5体积％。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述金属陶瓷或硬质合金粉末的烧结的致密球形颗粒的粒度为1～500μm。4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其中在所述炉腔中的所述热处理在高于在所述球形颗粒中的所述金属的固相线温度的烧结温度下进行。5.根据权利要求4所述的方法，其中在所述炉腔中的所述热处理在高于在所述球形颗粒中的所述金属的固相线温度30℃～100℃的烧结温度下进行。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述抑制剂粉末...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔约翰·玛德鲁德，约翰·松德斯特伦，芒努斯·埃克隆德，
申请(专利权)人：山特维克知识产权股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE