華中科技大學關于金屬基陶瓷相增強合金工具鋼粉末的制備

近年來，一些研究人員研究采用3D打印成形微量陶瓷與工具鋼基體的復合材料，利用陶瓷相增強金屬的強度、硬度和耐磨性，在模具領域顯現(xiàn)出良好應用前景。

在鋼鐵材料中加入硬質陶瓷顆粒,同時使用新的制備工藝將陶瓷顆粒的高強度、高硬度、高熔點和鋼基體的韌性、導熱性結合起來,制備出顆粒增強鋼基復合材料,可解決當代工業(yè)要求材料在高溫、高速、磨損嚴重、腐蝕嚴重等環(huán)境中工作的挑戰(zhàn)。一起來領略華中科技大學關于金屬基陶瓷相增強合金工具鋼粉末制備技術方面的突破。

3D打印隨形冷卻注塑模具已被證明可以縮短注塑時間、提高模具使用壽命、提高產品表面質量，然而當前市場上被廣泛使用的3D打印用鐵基粉末材料包括304、304L、316、316L、403、302、430、420等，此類材料多用于加工零件，并不是合適的模具材料。相比較傳統(tǒng)合金工具鋼品種，目前可用做制作模具的3D打印粉末材料尤其是工具鋼材料非常少。

華中科技大學采用氣霧化方法制備陶瓷相增強合金工具鋼粉末，通過感應熔煉實現(xiàn)含陶瓷相金屬的合金化目的，并利用氣霧化過程獲得物理和化學參數(shù)穩(wěn)定且均勻的粉末材料。這些材料可以通過高能束激光、電子束或等離子等能量源，以增材制造方式實現(xiàn)材料制備與成形一體化，實現(xiàn)高強度、高硬度和高耐磨模具的3D打印。材料的主要制備過程包括：

1 將稱量好的原料混合粉末放入酸性爐襯中進行真空感應熔化形成熔體；

- 精確控制真空感應熔煉時的真空度，精確控制熔化時功率，待電流沖擊停止后全功率供電；
- 熔化完原料混合粉末后，扒凈熔體表面的熔渣，并加入石灰石重造新渣；
- 對燒損的元素進行補損，以調整合金的化學成分；
- 升溫后先加錳鐵后加硅鐵進行預除氧，然后將熔體加熱，用工業(yè)純鋁在爐內強制脫氧。

2 對熔體進行脫氧處理；

3 將脫氧處理后的熔體傾倒入中間包坩堝內進行脫硫、脫磷以及去除非金屬夾雜物，其中，熔體在中間包坩堝放置，放置期間，中間包坩堝放置在中頻電磁凈化裝置中；

4 將凈化好的熔體通過氣霧化設備，通過噴射沉積技術得到工具鋼合金粉末材料。

華中科技大學通過真空感應熔煉并結合氣霧化制粉的方法制得金屬基陶瓷相增強合金工具鋼粉末，解決了機械力混合兩種材料，容易產生成分與粒徑分布不均的問題。3D科學谷認為，華中科技大學關于金屬基陶瓷相增強合金工具鋼粉末的制備為金屬打印模具應用打開了新的市場空間。采用真空感應熔煉結合氣霧化法制備適合3D打印的合金工具鋼粉末，并有針對的增加金屬基陶瓷相相關的金屬元素，獲得增強的合金工具鋼粉末，細化了晶粒；消除了第二相的宏觀偏析，提升了材料的性能。

來源：3d科學谷
延伸閱讀：
華科三維尼龍3D打印假肢透氣輕便，給殘疾人帶來福音
國家工信部裝備工業(yè)司副處長辛晨華一行調研華科三維