【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于金屬陶瓷材料制備，具體涉及一種基于3d打印和shs復(fù)合快速批量制備結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的tib2-tin基金屬陶瓷的方法，該方法制備出的金屬陶瓷材料具有突出的耐磨性和強韌性。
技術(shù)介紹
1、tib2陶瓷是一種極為穩(wěn)定的超硬陶瓷材料。它的熔點高達3225℃，硬度為hv30-40gp。化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，有較強的防腐蝕能力。此外，還具有良好的導(dǎo)電性和高溫力學(xué)性能。因此，被廣泛應(yīng)用于切削刀具、耐磨部件的侯選材料及電極領(lǐng)域。然而，tib2自擴散系數(shù)較低，燒結(jié)性能差，導(dǎo)致高溫氧化性、抗熱沖擊性和斷裂韌性值較低，限制了其應(yīng)用。為進一步提高tib2陶瓷的強韌性，滿足工業(yè)生產(chǎn)需要，研究者開發(fā)了具有優(yōu)良的力學(xué)性能和耐磨、耐腐蝕性的tib2-tin復(fù)合陶瓷材料體系，引起了開發(fā)者的重視。同時，為促進材料致密化，提高力學(xué)性能，一些學(xué)者通過加入金屬燒結(jié)助劑增加潤濕性，進而降低金屬陶瓷燒結(jié)溫度，包括ni、co、高熵合金等。合適的tin、金屬粘結(jié)相含量能提高tib2晶界強度、材料致密度，達到tib2-tin基金屬陶瓷強韌性同時提高的目的。
2、目前，tib2-tin基金屬陶瓷傳統(tǒng)的成型方式主要以粉末冶金壓制或擠壓后燒結(jié)成型為主，主要包括以下幾種工藝：1、熱壓燒結(jié)。它將干燥粉料充填入模型內(nèi)，再從單軸方向邊加壓邊加熱，使成型和燒結(jié)同時完成的一種燒結(jié)方法。高杰等(高杰,宋金鵬,梁國星,等,工具技術(shù)，2017)的研究表明，借助熱壓燒結(jié)，并以ni作為金屬粘結(jié)相，碳纖維作為增強相，tib2-tin基金屬陶瓷抗彎強度能達到738±21mpa，斷裂韌度高達12.
3、粘結(jié)劑噴射3d打印技術(shù)在規(guī)模批量生產(chǎn)復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)材料上有著巨大的成本優(yōu)勢、效率優(yōu)勢，因而近幾年得到汽車、刀具等工業(yè)領(lǐng)域的重視。cocrfemnnix高熵合金具備單一fcc面心立方結(jié)構(gòu)，在高溫和低溫下均具有較高的強度與塑性而備受關(guān)注。綜上所述，如何采用適當(dāng)?shù)某尚头绞街苽湟詂ocrfemnnix高熵合金為金屬粘結(jié)相的tib2-tin基金屬陶瓷具有非常重要的意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本專利技術(shù)設(shè)計的目的在于克服復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)難以制備以及tib2-tin金屬陶瓷高溫強韌性不足等難題，提供一種可批量快速制備復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)的高溫強韌性兼具的以cocrfemnnix高熵合金為金屬粘結(jié)相的tib2-tin基金屬陶瓷的制備方法，采用本專利技術(shù)的技術(shù)方案，快速批量制作出的tib2-tin基金屬陶瓷材料擁有良好的高溫強韌性，可作為復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)金屬陶瓷刀具、零部件以及電極材料的工業(yè)生產(chǎn)。
2、具體通過以下技術(shù)方案加以實現(xiàn)：
3、一種基于3d打印和shs復(fù)合快速制備tib2-tin基金屬陶瓷的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
4、1)按比例稱取tib2-tin基金屬陶瓷的原料，置于雙j型葉片混合振動一體機進行混料，混料結(jié)束后獲得粘結(jié)噴射3d打印混合料；
5、2)將步驟1)制得的混合料連同粘結(jié)劑裝入粘結(jié)噴射3d打印機中，依據(jù)不同復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)零部件的三維模型設(shè)置打印切片參數(shù)，紅外固化得到tib2-tin基金屬陶瓷材料坯體；
6、3)將步驟2)制得的tib2-tin基金屬陶瓷材料坯體批量運送到氣壓燒結(jié)爐中，完成脫脂+hip氣壓燒結(jié)，制得粗糙零部件；
7、4)將步驟3)制得的粗糙零部件樣品進行批量雙端面平面磨拋，最終得到復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)的tib2-tin金屬陶瓷。
8、在上述的步驟中，通過結(jié)合粘結(jié)噴射3d打印技術(shù)、合理配比反應(yīng)原料成分和熱壓燒結(jié)工藝，能夠快速批量制備并優(yōu)化tib2-tin基金屬陶瓷的性能，獲得高溫強韌性；借助粘結(jié)噴射3d打印技術(shù)可通過液滴噴射和粉末粘結(jié)成型tib2-tin基金屬陶瓷復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)零部件。同時，熱壓燒結(jié)工藝中原位合成反應(yīng)的短時間高放熱促進了粉末中殘留粘結(jié)劑的揮發(fā)，降低燒結(jié)溫度，從而制備出高性能tib2復(fù)合陶瓷；此外，cocrfemnnix(x＝al，ti，v，si等)高熵合金半徑差異δ較小，呈fcc單相結(jié)構(gòu)，綜合性能優(yōu)異，實現(xiàn)潤濕tib2-tin復(fù)合陶瓷的同時還能在高溫環(huán)境中提高金屬陶瓷的強韌性。綜合上述優(yōu)勢實現(xiàn)高強韌性可批量快速制備復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)tib2-tin基金屬陶瓷材料。
9、進一步地，步驟1)中，所述原料包括ti、bn、cocrfemnnix高熵合金，各原料的質(zhì)量占比為：ti：60-70wt％，bn：20-25wt％，cocrfemnnix：10-15wt％。
10、進一步地，cocrfemnnix高熵合金的x元素選半徑差異δ小于12％，如v：5.06％，ti：11.4％，ti：11.53％等。
11、進一步地，步驟1)中，雙j型葉片混合振動一體機采用半圓形搖擺塊，震動幅度≤3°，葉片呈雙j狀，雙動力驅(qū)動，實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)；一體機裝載量：50％≤裝載量≤80％，所述混合料的均勻度的變異系數(shù)cv≤5％。
12、進一步地，步驟2)中，粘結(jié)劑主要包括以下質(zhì)量百分比的組分：丙烯樹脂：55-85wt％，丙烯酸酯活性稀釋劑：15-35vol％，光引發(fā)劑：1-5vol％，上轉(zhuǎn)換材料：1-5vol％，所述粘結(jié)劑的添加量占混合料的35-45wt％，每層粘結(jié)劑噴射后進行紅外固化，紅外波長為800-980nm，紅外輻射功率為30-80w·cm-2。
13、進一步地，所述丙烯樹脂選用聚氨酯丙烯酸酯、氨基丙烯酸酯、環(huán)氧丙烯酸酯中的至少一種；丙烯酸酯活性稀釋劑選用1、6-已二醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、二縮三丙二醇二丙烯酸醋中的至少一種。
14、進一步地，所述光引發(fā)劑選用十二烷基硫酸鈉、2,4,6-三甲基苯甲酰二苯基氧化膦、2羥基-2-甲基-1-苯基丙酮中的至少一種；上轉(zhuǎn)換材料選用氟化物、氧化物和含氧酸鹽中的至少一種；所述氟化物為nayf4、naerf4、nagdf4、luf3、caf3中的至少一種；氧化物和含氧酸鹽為lapo4、pbwo4、gdvo4中的至少一種。
15、進一步地，步驟3)中，脫脂+hip氣壓燒結(jié)的具體工藝為：室溫-200℃，2-3℃/min；200℃-200℃，保溫30-60min本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種基于3D打印和SHS復(fù)合快速制備TiB2-TiN基金屬陶瓷的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于3D打印和SHS復(fù)合快速制備TiB2-TiN基金屬陶瓷的方法，其特征在于步驟1）中，所述原料包括Ti、BN、CoCrFeMnNiX高熵合金，各原料的質(zhì)量占比為：Ti：60-70?wt%，BN：20-25?wt%，CoCrFeMnNiX：10-15?wt%。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于3D打印和SHS復(fù)合快速制備TiB2-TiN基金屬陶瓷的方法，其特征在于CoCrFeMnNiX高熵合金的X元素選半徑差異δ小于12%。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于3D打印和SHS復(fù)合快速制備TiB2-TiN基金屬陶瓷的方法，其特征在于步驟1）中，雙J型葉片混合振動一體機采用半圓形搖擺塊，震動幅度≤3°，葉片呈雙J狀，雙動力驅(qū)動，實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)；一體機裝載量：50%≤裝載量≤80%，所述混合料的均勻度的變異系數(shù)CV≤5%。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于3D打印和SHS復(fù)合快速制備TiB2-TiN基金屬陶瓷的方法，其
6.如權(quán)利要求5所述的一種基于3D打印和SHS復(fù)合快速制備TiB2-TiN基金屬陶瓷的方法，其特征在于所述丙烯樹脂選用聚氨酯丙烯酸酯、氨基丙烯酸酯、環(huán)氧丙烯酸酯中的至少一種；丙烯酸酯活性稀釋劑選用1、6-已二醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、二縮三丙二醇二丙烯酸醋中的至少一種。
7.如權(quán)利要求5所述的一種基于3D打印和SHS復(fù)合快速制備TiB2-TiN基金屬陶瓷的方法，其特征在于所述光引發(fā)劑選用十二烷基硫酸鈉、2,4,6-三甲基苯甲酰二苯基氧化膦、2羥基-2-甲基-1-苯基丙酮中的至少一種；上轉(zhuǎn)換材料選用氟化物、氧化物和含氧酸鹽中的至少一種；所述氟化物為NaYF4、NaErF4、NaGdF4、LuF3、CaF3中的至少一種；氧化物和含氧酸鹽為LaPO4、PbWO4、GdVO4中的至少一種。
8.如權(quán)利要求1所述的一種基于3D打印和SHS復(fù)合快速制備TiB2-TiN基金屬陶瓷的方法，其特征在于步驟3）中，脫脂+HIP氣壓燒結(jié)的具體工藝為：室溫-200℃，2-3℃/min；200℃-200℃，保溫30-60min；200-350℃，1-2℃/min；350-350℃，保溫60-90min；350-500℃，1-2℃/min；500-500℃，保溫90-120min；500-1000℃，5-10℃/min；1000-1400℃，3-5℃/min；1400-1400℃，保溫60-90min；1400-500℃，10℃/min；隨爐冷卻；HIP氣壓工藝：0-1000℃，0MPa；1000-1400℃，5-8MPa；隨后去壓。
9.如權(quán)利要求1所述的一種基于3D打印和SHS復(fù)合快速制備TiB2-TiN基金屬陶瓷的方法，其特征在于步驟4）中，磨拋后零部件表面平行度達到0.002mm，表面粗糙度最高可達Ra0.4μm，工件尺寸偏差為±0.002mm。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于3d打印和shs復(fù)合快速制備tib2-tin基金屬陶瓷的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于3d打印和shs復(fù)合快速制備tib2-tin基金屬陶瓷的方法，其特征在于步驟1）中，所述原料包括ti、bn、cocrfemnnix高熵合金，各原料的質(zhì)量占比為：ti：60-70?wt%，bn：20-25?wt%，cocrfemnnix：10-15?wt%。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于3d打印和shs復(fù)合快速制備tib2-tin基金屬陶瓷的方法，其特征在于cocrfemnnix高熵合金的x元素選半徑差異δ小于12%。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于3d打印和shs復(fù)合快速制備tib2-tin基金屬陶瓷的方法，其特征在于步驟1）中，雙j型葉片混合振動一體機采用半圓形搖擺塊，震動幅度≤3°，葉片呈雙j狀，雙動力驅(qū)動，實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)；一體機裝載量：50%≤裝載量≤80%，所述混合料的均勻度的變異系數(shù)cv≤5%。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于3d打印和shs復(fù)合快速制備tib2-tin基金屬陶瓷的方法，其特征在于步驟2）中，粘結(jié)劑主要包括以下質(zhì)量百分比的組分：丙烯樹脂：55-85wt%，丙烯酸酯活性稀釋劑：15-35vol%，光引發(fā)劑：1-5vol%，上轉(zhuǎn)換材料：1-5vol%，所述粘結(jié)劑的添加量占混合料的35-45wt%，每層粘結(jié)劑噴射后進行紅外固化，紅外波長為800-980nm，紅外輻射功率為30-80w·cm-2。
6.如權(quán)利要求5所述的一種基于3d打印和shs復(fù)合快速制備tib2-tin基金屬陶瓷的方法，其特征在于所述丙烯樹脂選用聚氨酯丙烯酸酯、...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：方一航，謝婷婷，陳光，夏伶勤，吳韜，張凌峰，張夢賢，趙先銳，
申請(專利權(quán))人：浙江機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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