華中科技大學(xué)關(guān)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(fù)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(lǐng)域顯現(xiàn)出良好應(yīng)用前景。

在鋼鐵材料中加入硬質(zhì)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(dǎo)熱性結(jié)合起來,制備出顆粒增強鋼基復(fù)合材料,可解決當(dāng)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(lǐng)略華中科技大學(xué)關(guān)于金屬基陶瓷相增強合金工具鋼粉末制備技術(shù)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(chǎn)品表面質(zhì)量，然而當(dāng)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(xué)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(yīng)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(xué)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(yīng)熔化形成熔體；

- 精確控制真空感應(yīng)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(diào)整合金的化學(xué)成分；
- 升溫后先加錳鐵后加硅鐵進行預(yù)除氧，然后將熔體加熱，用工業(yè)純鋁在爐內(nèi)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(nèi)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(shè)備，通過噴射沉積技術(shù)得到工具鋼合金粉末材料。

華中科技大學(xué)通過真空感應(yīng)熔煉并結(jié)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(chǎn)生成分與粒徑分布不均的問題。3D科學(xué)谷認為，華中科技大學(xué)關(guān)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(yīng)用打開了新的市場空間。采用真空感應(yīng)熔煉結(jié)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(guān)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(xué)谷
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