制造硬质合金材料的方法技术

公开了通过增材制造来制造硬质合金制品的方法和颗粒状材料。提供了包含颗粒的前体材料，所述颗粒包含碳化物晶粒和包含钴、镍和铁中的任一种的粘合剂。每个颗粒具有理论密度的至少99.5％的密度，并且前体材料的颗粒具有至少40兆帕(MPa)的平均压缩强度。使用了增材制造工艺通过建立从前体材料衍生的材料的连续层来制造制品。

Method for manufacturing cemented carbide materials

A method and granular material for manufacturing cemented carbide products by addition manufacturing are disclosed. A precursor material comprising particles comprising carbide grains and any binder comprising cobalt, nickel, and iron is provided. Each particle has a theoretical density of at least 99.5%, and the particles of the precursor material have an average compressive strength of at least 40 MPa. The addition process is used to create products by establishing continuous layers of materials derived from precursor materials.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造硬质合金材料的方法
本公开总体上涉及通过增材制造来制造硬质合金制品的方法以及用于硬质合金制品的前体材料。
技术介绍
增材制造是用于快速原型制造和制造具有复杂几何形状的金属制品的有力工具。已知这方法几乎只用于制造由纯金属和合金(例如钢和钛合金组成)的制品。顾等人，《激光增材制造金属部件：材料、工艺和机制》，InternationalMaterialsReviews，2012，V.57，N.3,133综述了金属部件的增材制造工艺。增材制造工艺很少用于工业上生产由包含多于一个相的复合材料组成的制品。特别是，增材制造不用于生产硬质合金(cementedcarbide)材料。硬质合金材料包括分散在包含诸如钴(Co)、镍(Ni)的金属或金属合金的粘合剂材料内的诸如碳化钨(WC)或碳化钛(TiC)的碳化物(carbide)颗粒。据说粘合剂相可以将碳化物颗粒作为烧结坯块粘结在一起。增材制造工艺不用于硬质合金可能是由于与材料的致密化相关的困难，所述材料在增材制造工艺期间仅短时间部分熔化。获得硬质合金的高密度所需的极高能量和因而需要的高温的使用受限于未进行液相烧结的硬质合金颗粒的低密度和强度，所述硬质合金颗粒通常用作增材制造硬质合金的前体。这种颗粒不能在增材制造所需的短时间内烧结成高密度的散装材料(bulkmaterial)，并且容易被增材制造期间由高能电子或激光束的影响引起的热冲击所导致的“爆炸”破坏。WO2015/162206A2公开了使用通过液相烧结获得的完全烧结的硬质合金颗粒以解决上述问题。为了降低将生坯(green)硬质合金颗粒烧结在一起的风险，添加了“烧结抑制剂粉末”。这些粉末由在液相烧结之前添加到生坯颗粒中的氧化物陶瓷或石墨组成。然而，这种方法的缺点是烧结抑制剂粉末对硬质合金颗粒造成污染的风险很大。此外，添加这种粉末降低了硬质合金颗粒的强度。
技术实现思路
本文目的是提供使用增材制造工艺制造硬质合金制品的方法。根据第一方面，提供了通过增材制造来制造硬质合金制品的方法。提供了包含颗粒的前体材料，所述颗粒包含碳化物晶粒和包含钴、镍和铁中的任一种的粘合剂。每个颗粒具有理论密度的至少99.5％的密度，并且前体材料的颗粒具有至少40兆帕(MPa)的平均压缩强度。使用了增材制造工艺通过建立从前体材料衍生的材料的连续层来制造制品。作为选项，前体材料的每个颗粒具有选自理论密度的至少99.7％、理论密度的至少99.9％以及理论密度的100％中的任一个的密度。前体材料的颗粒可选地具有选自至少60MPa和至少100MPa中的任一个的平均压缩强度。前体材料的颗粒可选地具有选自20微米至200微米、30微米至120微米以及40微米至90微米中的任一个的尺寸。根据第一示例性选择，提供前体材料的颗粒包括在具有增塑剂的有机流体中研磨硬质合金粉末混合物以获得浆料，干燥浆料以获得硬质合金粉末，以及将硬质合金粉末颗粒化以获得硬质合金颗粒。在真空或保护气氛中，在1000℃至1250℃的温度下将颗粒固态烧结1至60分钟以获得预烧结的粒状粉末。筛选预烧结的颗粒(例如通过筛分)以获得预烧结的颗粒的所需尺寸级分。在真空或保护气氛中，在1260℃至1330℃的温度下，将预烧结的颗粒烧结2至20分钟以获得烧结的颗粒的聚集体。将聚集体破碎成单独的完全烧结的颗粒。筛选完全烧结的颗粒以获得所需的尺寸级分。作为选项，方法包括对浆料进行喷雾干燥以干燥并颗粒化硬质合金颗粒。替代地，可选地通过在高于50℃的温度下在旋转的滚筒中滚动来将硬质合金粉末颗粒化。根据第二示例性选择，提供前体材料的颗粒包括在具有增塑剂的有机流体中研磨硬质合金粉末混合物以获得浆料，干燥浆料以获得硬质合金粉末，压制硬质合金粉末以形成生坯体，破碎生坯体以形成生坯体颗粒，筛选生坯体颗粒以获得生坯体颗粒的所需尺寸级分，在真空或保护气氛中，在1260℃至1330℃的温度下将生坯体颗粒烧结2至20分钟以获得完全烧结的颗粒的聚集体，破碎聚集体以获得单独的完全烧结的颗粒，以及筛选完全烧结的颗粒以获得所需的尺寸级分。根据第三示例性选择，提供前体材料的颗粒包括在具有增塑剂的有机流体中研磨硬质合金粉末混合物以获得浆料，干燥浆料以获得硬质合金粉末，将硬质合金粉末颗粒化以获得硬质合金颗粒，筛选颗粒以获得颗粒的所需尺寸级分，在真空或保护气氛中，在1260℃至1330℃的温度下将颗粒烧结2至20分钟以获得完全烧结的颗粒的聚集体，破碎聚集体以获得单独的完全烧结的颗粒，以及筛选完全烧结的颗粒以获得所需的尺寸级分。作为选项，方法包括在烧结预烧结的颗粒之后，在氩气中，在0.5至10MPa的压力下热等静压完全烧结的颗粒。硬质合金制品可选地具有选自理论密度的至少97％、理论密度的至少98％、理论密度的至少99％以及理论密度的至少99.5％中的任一个的密度。作为选项，方法包括在真空或保护气氛中，在1300℃至1350℃的温度下对硬质合金制品进行液相烧结2至15分钟。作为进一步选项，方法包括在真空或保护气氛中，在1300℃至1350℃的温度下对硬质合金制品进行液相烧结2至15分钟，以及在氩气中，在0.5至10MPa的压力下热等静压硬质合金制品。增材制造工艺可选地选自直接金属激光烧结(DMLS)、选择性激光烧结(SLS)和电子束熔化(EBM)中的任一种。颗粒可选地在粘合剂中包含选自Ti、V、Mn、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta的金属的碳化物、碳氮化物和/或氮化物，和/或粘合剂中固溶体形式的这些金属。颗粒可选地包含选自Re、Os、Ir、Ce、Y、Cu的金属。方法可选地进一步包括在硬质合金制品的表面上设置多晶金刚石(PCD)层。根据第二方面，提供了用于通过增材制造来制造硬质合金制品的颗粒状前体材料，所述颗粒状前体材料包括颗粒，所述颗粒包含碳化物晶粒和包含钴、镍和铁中的任一种的粘合剂，并且其中每个颗粒具有理论密度的至少99.5％的密度，并且前体材料的颗粒具有至少40MPa的平均压缩强度。作为选项，前体材料的每个颗粒具有选自理论密度的至少99.7％、理论密度的至少99.9％以及理论密度的100％中的任一个的密度。作为选项，前体材料的颗粒具有选自至少60MPa和至少100MPa中的任一个的平均压缩强度。作为选项，前体材料的颗粒具有选自20微米至200微米、30微米至120微米以及40微米至90微米中的任一个的尺寸。附图说明参照附图描述说明本公开的非限制性示例性布置，其中：图1以框图示意性地示出了示例性增材制造设备；图2是示出制造硬质合金制品的示例性步骤的流程图；图3是示出制备前体材料颗粒的第一示例性方法的示例性步骤的流程图；图4是示出用于制备前体材料颗粒的第二示例性方法的示例性步骤的流程图；图5是示出用于制备前体材料颗粒的第三示例性方法的示例性步骤的流程图；和图6是示出示例性烧结的前体颗粒的显微照片。具体实施方式转到图1，示出了示例性增材制造设备1。进料粉末2位于进料容器3中可移动进料平台4上。耙臂5周期性地扫过进料粉末2的顶部以将薄层粉末6推入建筑容器7中。建筑容器7中的粉末6位于可移动的建筑平台8上。计算机9控制能量源10以将能量引导到粉末6的层上。能量可以由任何合适的源提供，例如激光或电子束。在这个示例中，能量是激光11。这操作可以在惰性环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过增材制造来制造硬质合金制品的方法，所述方法包括：提供包含颗粒的颗粒状的前体材料，所述颗粒包含碳化物晶粒和包含钴、镍和铁中的任一种的粘合剂，并且其中每个颗粒具有理论密度的至少99.5％的密度，并且前体材料的颗粒具有至少40兆帕(MPa)的平均压缩强度；和使用增材制造工艺通过建立从前体材料衍生的材料的连续层来制造制品。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.21 GB 1522503.01.一种通过增材制造来制造硬质合金制品的方法，所述方法包括：提供包含颗粒的颗粒状的前体材料，所述颗粒包含碳化物晶粒和包含钴、镍和铁中的任一种的粘合剂，并且其中每个颗粒具有理论密度的至少99.5％的密度，并且前体材料的颗粒具有至少40兆帕(MPa)的平均压缩强度；和使用增材制造工艺通过建立从前体材料衍生的材料的连续层来制造制品。2.根据权利要求1所述的方法，其中前体材料的每个颗粒具有选自理论密度的至少99.7％、理论密度的至少99.9％以及理论密度的100％中的任一个的密度。3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中前体材料的颗粒具有选自至少60MPa和至少100MPa中的任一个的平均压缩强度。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中前体材料的颗粒具有选自20微米至200微米、30微米至120微米以及40微米至90微米中的任一个的尺寸。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中提供前体材料的颗粒包括：在具有增塑剂的有机流体中研磨硬质合金粉末混合物以获得浆料；干燥浆料以获得硬质合金粉末；将硬质合金粉末颗粒化以获得硬质合金颗粒；在真空或保护气氛中，在1000℃至1250℃的温度下将颗粒固态烧结1至60分钟以获得预烧结的粒状粉末；筛选预烧结的颗粒以获得预烧结的颗粒的所需尺寸级分；在真空或保护气氛中，在1260℃至1330℃的温度下，将预烧结的颗粒液相烧结2至20分钟以获得完全烧结的颗粒的聚集体；破碎聚集体以获得单独的完全烧结的颗粒；筛选完全烧结的颗粒以获得所需的尺寸级分。6.根据权利要求5所述的方法，还包括对浆料进行喷雾干燥以干燥并颗粒化硬质合金颗粒。7.根据权利要求5所述的方法，还包括通过在高于50℃的温度下在旋转的滚筒中滚动来将硬质合金粉末颗粒化。8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中提供前体材料的颗粒包括：在具有增塑剂的有机流体中研磨硬质合金粉末混合物以获得浆料；干燥浆料以获得硬质合金粉末；压制硬质合金粉末以形成生坯体；破碎生坯体以形成生坯体颗粒；筛选生坯体颗粒以获得生坯体颗粒的所需尺寸级分；在真空或保护气氛中，在1260℃至1330℃的温度下将生坯体颗粒烧结2至20分钟以获得完全烧结的颗粒的聚集体；破碎聚集体以获得单独的完全烧结的颗粒；筛选完全烧结的颗粒以获得所需的尺寸级分。9.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中提供前体材料的颗粒包括：在具有增塑剂的有机流体中研磨硬质合金粉末混合物以获得浆料；干燥浆料以获得硬质合金粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊戈尔·尤里耶维奇·科尼亚信，贝恩德·海因里希·里斯，豪克·欣纳斯，
申请(专利权)人：第六元素公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE