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    無需涂層,硬質合金材料怎樣兼顧硬度和強韌性?

    WC-Co硬質合金(鎢鈷類硬質合金)材料是硬質合金的一種,具有硬度高、耐磨性好、化學性能穩定的特點,主要被用于制造金屬加工刀具、礦山工具、耐磨零件。

    傳統WC-Co 硬質合金材料內外組織均勻,機械性能一致,當材料的硬度較高時,耐磨性較好,但同時材料的強韌性會明顯較低。反之,當強韌性較好時,材料的硬度則有所下降,材料的耐磨性將會因此而降低??梢妼τ趥鹘yWC-Co 硬質合金材料來說,硬度和強韌性是難以兩全的。

    那么,如何解決硬質合金材料硬度和強韌性之間的矛盾呢?常見的方式是給硬質合金材料穿上堅硬的“盔甲”,也就是在強韌性較佳的硬質合金基體表面涂覆高硬度的PVD、CVD涂層。雖然這是一種有效的方法,但是涂層與硬質合金基體材料之間是一種物理結合,在使用過程中外載或熱應力下難免會出現涂層剝落的現象。

    然而痛點也是創新的突破點。根據3D科學谷的市場研究,硬質合金材料增材制造-3D打印工藝,在這種工藝中,硬質合金-金剛石復合材料中的WC-Co硬質合金層和金剛石層通過3D打印的方式實現層與層之間的結合。這種結合是通過化學鍵方式所進行的結合,相比傳統的物理結合,這種結合方式更牢固,在使用過程中能夠避免涂層的剝落,同時具有較好的硬度。

    增材制造工藝為基于粉末床熔融的電子束熔化(EBM)3D打印技術,并基于這一工藝開展了對WC-Co硬質合金層-金剛石復合材料組分以及材料增材制造工藝參數的研究。

    材料的研究包括對WC-Co硬質合金中Co的質量含量、粒徑,金剛石材料的粒徑、純度,以及兩種材料的質量比等方面。在工藝參數方面,湖南伊澍智能制造探索了這種復合材料的3D打印參數,例如電子束熔化掃描的掃描速率、電流、熔化溫度等。

    通過對以上工藝制造的樣件,能夠得到熱導系數為500~550W/mK,摩擦系數為0.3~0.5,熱膨脹系數為0.9~1.18×10-6,硬度值為4800~5000HV的硬質合金-金剛石復合材料,材料具有較好的硬度,沖擊韌性為300~320J,能夠很好的避免涂層的剝落。

    3D科學谷

    Review

    EBM 3D打印技術為硬質合金類耐磨材料零部件的加工提供了全新可行性,這一技術的應用可被拓展至更多類型的硬質合金材料中。

    據3D科學谷的市場觀察,材料企業VBN 開發了適用于EBM 3D打印的5種硬質合金材料,針對不同細分領域的是應用,這些材料的硬度、鉻含量或碳化物含量各有不同。例如其中一種可用于制造機械加工刀具的材料,具有非常高含量細小、分散良好的碳化物,適用于制造滾齒刀、成型刀具,電動切割刀具以及磨損部件。VBN 已經證明該材料與增材制造工藝,可制造出具有更高生產效率的機械加工刀具。


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