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无需涂层,硬质合金材料怎样兼顾硬度和强韧性?

时间:2019-08-06 09:18 来源:未知 作者:中国3D打印机网 阅读:

金属增材制造-3D打印是替代传统涂层,使硬质合金材料兼具硬度和强韧性的新途径。

solid carbid tools

硬质合金刀具,来源:搜狗百科

block 实现复合材料组分化学结合

      WC-Co硬质合金(钨钴类硬质合金)材料是硬质合金的一种,具有硬度高、耐磨性好、化学性能稳定的特点,主要被用于制造金属加工刀具、矿山工具、耐磨零件。传统WC-Co 硬质合金材料内外组织均匀,机械性能一致,当材料的硬度较高时,耐磨性较好,但同时材料的强韧性会明显较低。反之,当强韧性较好时,材料的硬度则有所下降,材料的耐磨性将会因此而降低。可见对于传统WC-Co 硬质合金材料来说,硬度和强韧性是难以两全的。

     那么,如何解决硬质合金材料硬度和强韧性之间的矛盾呢?常见的方式是给硬质合金材料穿上坚硬的“盔甲”,也就是在强韧性较佳的硬质合金基体表面涂覆高硬度的PVD、CVD涂层。虽然这是一种有效的方法,但是涂层与硬质合金基体材料之间是一种物理结合,在使用过程中外载或热应力下难免会出现涂层剥落的现象。

       然而痛点也是创新的突破点。湖南伊澍智能制造有限公司研发了一种硬质合金材料增材制造-3D打印工艺,在这种工艺中,硬质合金-金刚石复合材料中的WC-Co硬质合金层和金刚石层通过3D打印的方式实现层与层之间的结合。这种结合是通过化学键方式所进行的结合,相比传统的物理结合,这种结合方式更牢固,在使用过程中能够避免涂层的剥落,同时具有较好的硬度。

     湖南伊澍智能制造采用的增材制造工艺为基于粉末床熔融的电子束熔化(EBM)3D打印技术,并基于这一工艺开展了对WC-Co硬质合金层-金刚石复合材料组分以及材料增材制造工艺参数的研究。

       材料的研究包括对WC-Co硬质合金中Co的质量含量、粒径,金刚石材料的粒径、纯度,以及两种材料的质量比等方面。在工艺参数方面,湖南伊澍智能制造探索了这种复合材料的3D打印参数,例如电子束熔化扫描的扫描速率、电流、熔化温度等。

       通过对以上工艺制造的样件,能够得到热导系数为500~550W/mK,摩擦系数为0.3~0.5,热膨胀系数为0.9~1.18×10-6,硬度值为4800~5000HV的硬质合金-金刚石复合材料,材料具有较好的硬度,冲击韧性为300~320J,能够很好的避免涂层的剥落。

block Review

     EBM 3D打印技术为硬质合金类耐磨材料零部件的加工提供了全新可行性,这一技术的应用可被拓展至更多类型的硬质合金材料中。据3D科学谷的市场观察,材料企业VBN 开发了适用于EBM 3D打印的5种硬质合金材料,针对不同细分领域的是应用,这些材料的硬度、铬含量或碳化物含量各有不同。例如其中一种可用于制造机械加工刀具的材料,具有非常高含量细小、分散良好的碳化物,适用于制造滚齿刀、成型刀具,电动切割刀具以及磨损部件。VBN 已经证明该材料与增材制造工艺,可制造出具有更高生产效率的机械加工刀具。

     机械加工刀具是硬质合金材料的其中一个应用领域,3D科学谷将在8月份发布《3D打印与金属切削刀具白皮书1.0》,白皮书将对刀具市场、3D打印技术与硬质合金等刀具制造领域的结合、应用发展情况进行剖析,敬请关注。

(责任编辑:中国3D打印机网)