【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属陶瓷材料制备，具体涉及一种基于3d打印和shs复合快速批量制备结构形状复杂的tib2-tin基金属陶瓷的方法，该方法制备出的金属陶瓷材料具有突出的耐磨性和强韧性。
技术介绍
1、tib2陶瓷是一种极为稳定的超硬陶瓷材料。它的熔点高达3225℃，硬度为hv30-40gp。化学性质稳定，有较强的防腐蚀能力。此外，还具有良好的导电性和高温力学性能。因此，被广泛应用于切削刀具、耐磨部件的侯选材料及电极领域。然而，tib2自扩散系数较低，烧结性能差，导致高温氧化性、抗热冲击性和断裂韧性值较低，限制了其应用。为进一步提高tib2陶瓷的强韧性，满足工业生产需要，研究者开发了具有优良的力学性能和耐磨、耐腐蚀性的tib2-tin复合陶瓷材料体系，引起了开发者的重视。同时，为促进材料致密化，提高力学性能，一些学者通过加入金属烧结助剂增加润湿性，进而降低金属陶瓷烧结温度，包括ni、co、高熵合金等。合适的tin、金属粘结相含量能提高tib2晶界强度、材料致密度，达到tib2-tin基金属陶瓷强韧性同时提高的目的。
2、目前，tib2-tin基金属陶瓷传统的成型方式主要以粉末冶金压制或挤压后烧结成型为主，主要包括以下几种工艺：1、热压烧结。它将干燥粉料充填入模型内，再从单轴方向边加压边加热，使成型和烧结同时完成的一种烧结方法。高杰等(高杰,宋金鹏,梁国星,等,工具技术，2017)的研究表明，借助热压烧结，并以ni作为金属粘结相，碳纤维作为增强相，tib2-tin基金属陶瓷抗弯强度能达到738±21mpa，断裂韧度高达12.
3、粘结剂喷射3d打印技术在规模批量生产复杂形状结构材料上有着巨大的成本优势、效率优势，因而近几年得到汽车、刀具等工业领域的重视。cocrfemnnix高熵合金具备单一fcc面心立方结构，在高温和低温下均具有较高的强度与塑性而备受关注。综上所述，如何采用适当的成型方式制备以cocrfemnnix高熵合金为金属粘结相的tib2-tin基金属陶瓷具有非常重要的意义。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本专利技术设计的目的在于克服复杂形状结构难以制备以及tib2-tin金属陶瓷高温强韧性不足等难题，提供一种可批量快速制备复杂形状结构的高温强韧性兼具的以cocrfemnnix高熵合金为金属粘结相的tib2-tin基金属陶瓷的制备方法，采用本专利技术的技术方案，快速批量制作出的tib2-tin基金属陶瓷材料拥有良好的高温强韧性，可作为复杂形状结构金属陶瓷刀具、零部件以及电极材料的工业生产。
2、具体通过以下技术方案加以实现：
3、一种基于3d打印和shs复合快速制备tib2-tin基金属陶瓷的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
4、1)按比例称取tib2-tin基金属陶瓷的原料，置于双j型叶片混合振动一体机进行混料，混料结束后获得粘结喷射3d打印混合料；
5、2)将步骤1)制得的混合料连同粘结剂装入粘结喷射3d打印机中，依据不同复杂形状结构零部件的三维模型设置打印切片参数，红外固化得到tib2-tin基金属陶瓷材料坯体；
6、3)将步骤2)制得的tib2-tin基金属陶瓷材料坯体批量运送到气压烧结炉中，完成脱脂+hip气压烧结，制得粗糙零部件；
7、4)将步骤3)制得的粗糙零部件样品进行批量双端面平面磨抛，最终得到复杂形状结构的tib2-tin金属陶瓷。
8、在上述的步骤中，通过结合粘结喷射3d打印技术、合理配比反应原料成分和热压烧结工艺，能够快速批量制备并优化tib2-tin基金属陶瓷的性能，获得高温强韧性；借助粘结喷射3d打印技术可通过液滴喷射和粉末粘结成型tib2-tin基金属陶瓷复杂形状结构零部件。同时，热压烧结工艺中原位合成反应的短时间高放热促进了粉末中残留粘结剂的挥发，降低烧结温度，从而制备出高性能tib2复合陶瓷；此外，cocrfemnnix(x＝al，ti，v，si等)高熵合金半径差异δ较小，呈fcc单相结构，综合性能优异，实现润湿tib2-tin复合陶瓷的同时还能在高温环境中提高金属陶瓷的强韧性。综合上述优势实现高强韧性可批量快速制备复杂形状结构tib2-tin基金属陶瓷材料。
9、进一步地，步骤1)中，所述原料包括ti、bn、cocrfemnnix高熵合金，各原料的质量占比为：ti：60-70wt％，bn：20-25wt％，cocrfemnnix：10-15wt％。
10、进一步地，cocrfemnnix高熵合金的x元素选半径差异δ小于12％，如v：5.06％，ti：11.4％，ti：11.53％等。
11、进一步地，步骤1)中，双j型叶片混合振动一体机采用半圆形摇摆块，震动幅度≤3°，叶片呈双j状，双动力驱动，实现正反转；一体机装载量：50％≤装载量≤80％，所述混合料的均匀度的变异系数cv≤5％。
12、进一步地，步骤2)中，粘结剂主要包括以下质量百分比的组分：丙烯树脂：55-85wt％，丙烯酸酯活性稀释剂：15-35vol％，光引发剂：1-5vol％，上转换材料：1-5vol％，所述粘结剂的添加量占混合料的35-45wt％，每层粘结剂喷射后进行红外固化，红外波长为800-980nm，红外辐射功率为30-80w·cm-2。
13、进一步地，所述丙烯树脂选用聚氨酯丙烯酸酯、氨基丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯中的至少一种；丙烯酸酯活性稀释剂选用1、6-已二醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸醋中的至少一种。
14、进一步地，所述光引发剂选用十二烷基硫酸钠、2,4,6-三甲基苯甲酰二苯基氧化膦、2羟基-2-甲基-1-苯基丙酮中的至少一种；上转换材料选用氟化物、氧化物和含氧酸盐中的至少一种；所述氟化物为nayf4、naerf4、nagdf4、luf3、caf3中的至少一种；氧化物和含氧酸盐为lapo4、pbwo4、gdvo4中的至少一种。
15、进一步地，步骤3)中，脱脂+hip气压烧结的具体工艺为：室温-200℃，2-3℃/min；200℃-200℃，保温30-60min本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于3D打印和SHS复合快速制备TiB2-TiN基金属陶瓷的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于3D打印和SHS复合快速制备TiB2-TiN基金属陶瓷的方法，其特征在于步骤1）中，所述原料包括Ti、BN、CoCrFeMnNiX高熵合金，各原料的质量占比为：Ti：60-70 wt%，BN：20-25 wt%，CoCrFeMnNiX：10-15 wt%。
3.如权利要求2所述的一种基于3D打印和SHS复合快速制备TiB2-TiN基金属陶瓷的方法，其特征在于CoCrFeMnNiX高熵合金的X元素选半径差异δ小于12%。
4.如权利要求1所述的一种基于3D打印和SHS复合快速制备TiB2-TiN基金属陶瓷的方法，其特征在于步骤1）中，双J型叶片混合振动一体机采用半圆形摇摆块，震动幅度≤3°，叶片呈双J状，双动力驱动，实现正反转；一体机装载量：50%≤装载量≤80%，所述混合料的均匀度的变异系数CV≤5%。
5.如权利要求1所述的一种基于3D打印和SHS复合快速制备TiB2-TiN基金属陶瓷的方法，其
6.如权利要求5所述的一种基于3D打印和SHS复合快速制备TiB2-TiN基金属陶瓷的方法，其特征在于所述丙烯树脂选用聚氨酯丙烯酸酯、氨基丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯中的至少一种；丙烯酸酯活性稀释剂选用1、6-已二醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸醋中的至少一种。
7.如权利要求5所述的一种基于3D打印和SHS复合快速制备TiB2-TiN基金属陶瓷的方法，其特征在于所述光引发剂选用十二烷基硫酸钠、2,4,6-三甲基苯甲酰二苯基氧化膦、2羟基-2-甲基-1-苯基丙酮中的至少一种；上转换材料选用氟化物、氧化物和含氧酸盐中的至少一种；所述氟化物为NaYF4、NaErF4、NaGdF4、LuF3、CaF3中的至少一种；氧化物和含氧酸盐为LaPO4、PbWO4、GdVO4中的至少一种。
8.如权利要求1所述的一种基于3D打印和SHS复合快速制备TiB2-TiN基金属陶瓷的方法，其特征在于步骤3）中，脱脂+HIP气压烧结的具体工艺为：室温-200℃，2-3℃/min；200℃-200℃，保温30-60min；200-350℃，1-2℃/min；350-350℃，保温60-90min；350-500℃，1-2℃/min；500-500℃，保温90-120min；500-1000℃，5-10℃/min；1000-1400℃，3-5℃/min；1400-1400℃，保温60-90min；1400-500℃，10℃/min；随炉冷却；HIP气压工艺：0-1000℃，0MPa；1000-1400℃，5-8MPa；随后去压。
9.如权利要求1所述的一种基于3D打印和SHS复合快速制备TiB2-TiN基金属陶瓷的方法，其特征在于步骤4）中，磨抛后零部件表面平行度达到0.002mm，表面粗糙度最高可达Ra0.4μm，工件尺寸偏差为±0.002mm。
...【技术特征摘要】
1.一种基于3d打印和shs复合快速制备tib2-tin基金属陶瓷的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于3d打印和shs复合快速制备tib2-tin基金属陶瓷的方法，其特征在于步骤1）中，所述原料包括ti、bn、cocrfemnnix高熵合金，各原料的质量占比为：ti：60-70 wt%，bn：20-25 wt%，cocrfemnnix：10-15 wt%。
3.如权利要求2所述的一种基于3d打印和shs复合快速制备tib2-tin基金属陶瓷的方法，其特征在于cocrfemnnix高熵合金的x元素选半径差异δ小于12%。
4.如权利要求1所述的一种基于3d打印和shs复合快速制备tib2-tin基金属陶瓷的方法，其特征在于步骤1）中，双j型叶片混合振动一体机采用半圆形摇摆块，震动幅度≤3°，叶片呈双j状，双动力驱动，实现正反转；一体机装载量：50%≤装载量≤80%，所述混合料的均匀度的变异系数cv≤5%。
5.如权利要求1所述的一种基于3d打印和shs复合快速制备tib2-tin基金属陶瓷的方法，其特征在于步骤2）中，粘结剂主要包括以下质量百分比的组分：丙烯树脂：55-85wt%，丙烯酸酯活性稀释剂：15-35vol%，光引发剂：1-5vol%，上转换材料：1-5vol%，所述粘结剂的添加量占混合料的35-45wt%，每层粘结剂喷射后进行红外固化，红外波长为800-980nm，红外辐射功率为30-80w·cm-2。
6.如权利要求5所述的一种基于3d打印和shs复合快速制备tib2-tin基金属陶瓷的方法，其特征在于所述丙烯树脂选用聚氨酯丙烯酸酯、...
【专利技术属性】
技术研发人员：方一航，谢婷婷，陈光，夏伶勤，吴韬，张凌峰，张梦贤，赵先锐，
申请(专利权)人：浙江机电职业技术学院，
类型：发明
国别省市：
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