本發明屬于3D打印技術領域，尤其涉及一種復合金屬陶瓷及其應用。
背景技術：
超硬合金的金屬陶瓷顆粒作為一類特殊工具材料已經廣泛用于刀具切削、礦產開發、基礎建設(盾構工具)以及石油鉆井等領域。在這些應用中，常規金屬陶瓷遇到的最大挑戰是無法同時提高耐磨性和斷裂韌性，現有技術中的金屬陶瓷，在提高其耐磨性的同時，其斷裂韌性將會降低，反之亦然。目前盾構領域的金屬陶瓷顆粒主要是粗晶粒的傳統的均勻顯微結構的硬質合金，雖然斷裂韌性較高，但耐磨性非常低，成為鑿巖刀具壽命短的根本原因。
現有技術中，常規金屬陶瓷存在著無法同時提高耐磨性和斷裂韌性的技術缺陷，使得其應用受到限制。
因此，研發出一種復合金屬陶瓷及其應用，用于解決現有技術中，常規金屬陶瓷存在著無法同時提高耐磨性和斷裂韌性的技術缺陷，成為了本領域技術人員亟待解決的問題。
技術實現要素：
有鑒于此，本發明提供了一種復合金屬陶瓷及其應用，用于解決現有技術中，常規金屬陶瓷存在著無法同時提高耐磨性和斷裂韌性的技術缺陷。
本發明提供了一種復合金屬陶瓷，所述復合金屬陶瓷由中心層至表層依次為：耐磨相、過渡相和增韌基體相；
所述耐磨相選自Co-Cr合金、鎳基合金、304不銹鋼以及W18高速鋼中的一種或多種。
優選地，所述W18高速鋼為W18Cr4V。
優選地，所述過渡相為WC-Co合金。
優選地，所述WC-Co合金中，Co的質量百分含量為5～15％。
優選地，所述WC-Co合金中，WC的粒徑為20～5000nm。
優選地，所述增韌基體相選自：Co-Ni-Cr-Y、Cu-Ni或Co-Ni中的一種或多種。
優選地，所述耐磨相、過渡相和增韌基體相的體積比為(30～80):(2～40):(10～68)。
優選地，所述耐磨相、過渡相和增韌基體相的體積比為(40～75):(10～30):(17～58)。
優選地，所述耐磨相、過渡相和增韌基體相的體積比為(60～70):(15～25):(24～38)。
本發明還提供了一種包括以上任意一項所述的復合金屬陶瓷在刀具切削、礦產開發、盾構工具以及石油鉆井領域的應用。
綜上所述，本發明提供了一種復合金屬陶瓷，所述復合金屬陶瓷由中心層至表層依次為：耐磨相、過渡相和增韌基體相；所述耐磨相選自Co-Cr合金、鎳基合金、304不銹鋼以及W18高速鋼中的一種或多種。本發明還提供了一種上述制備方法得到的在刀具切削、礦產開發、盾構工具以及石油鉆井領域的應用。經實驗測定可得，本發明提供的技術方案制得的產品，強度可滿足刀具切削、礦產開發、盾構工具以及石油鉆井應用需求；同時，本發明中的復合金屬陶瓷，可同時提高金屬陶瓷的耐磨性和強度。解決了現有技術中，金屬陶瓷顆粒存在著無法同時提高耐磨性和斷裂韌性的技術缺陷。
具體實施方式
本發明提供了一種復合金屬陶瓷及其應用，用于解決現有技術中，常規金屬陶瓷存在著無法同時提高耐磨性和斷裂韌性的技術缺陷。
下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
為了更詳細說明本發明，下面結合實施例對本發明提供的一種復合金屬陶瓷及其應用，進行具體地描述。
實施例1
本實施例為制備產品1的具體實施例。產品1中，耐磨相、過渡相和增韌基體相的體積比為60:15:38。本實施例中，耐磨相為Co-Cr合金，過渡相為WC-Co合金，增韌基體相為Cu-Ni合金。其中，過渡相中，Co的質量百分含量為15％，WC的粒徑為3000nm。
耐磨相在壓力為20MPa、溫度為1400℃條件下制粒90min，冷卻至室溫后，過40μm篩，得第一產物1。
第一產物1和過渡相混合，在200r/min的轉速下濕磨3h，得濕磨產物1。濕磨產物1在60℃條件下干燥后，依次經過篩和制粒，得球粒1。球粒1在氫氣氣氛下，在400℃條件下脫蠟2h，得脫蠟產物1。脫蠟產物1在真空中，1200℃條件下燒結，得第二產物1。
第二產物1和增韌基體相混合，在200r/min的轉速下濕磨1.5h，得濕磨產物11。濕磨產物11在60℃條件下干燥后，依次經過篩和制粒，得球粒11。球粒11在氫氣氣氛下，在400℃條件下脫蠟1h，得脫蠟產物11。脫蠟產物11在真空中，1200℃條件下燒結，得第三產物1。
第三產物1經激光選區熔化法，得產品1。
產品1在SLM(選區激光熔化)類型設備中平鋪后在1400～1500℃條件下加熱形成當前層；采用激光束按照預設的當前層截面輪廓進行掃描，使產品1燒結，形成截面層。其中，激光束的功率為400W，掃描間距為0.06mm，掃描速度為1000mm/s，光斑直徑為70μm，能量密度為107W/cm2。在截面層上再次平鋪硬質合金顆粒重復上述步驟的操作過程，直至得到預設形狀的硬質合金。
實施例2
本實施例為制備產品2的具體實施例。產品2中，耐磨相、過渡相和增韌基體相的體積比為70:20:30。本實施例中，耐磨相為鎳基合金，過渡相為WC-Co合金，增韌基體相為Co-Ni-Cr-Y合金。其中，過渡相中，Co的質量百分含量為10％，WC的粒徑為5000nm。
耐磨相在壓力為20MPa、溫度為1350℃條件下制粒90min，冷卻至室溫后，過60μm篩，得第一產物2。
第一產物2和過渡相混合，在150r/min的轉速下濕磨1h，得濕磨產物2。濕磨產物2在60℃條件下干燥后，依次經過篩和制粒，得球粒2。球粒2在氫氣氣氛下，在300℃條件下脫蠟1.7h，得脫蠟產物2。脫蠟產物2在真空中，1000℃條件下燒結，得第二產物2。
第二產物2和增韌基體相混合，在100r/min的轉速下濕磨2h，得濕磨產物22。濕磨產物22在60℃條件下干燥后，依次經過篩和制粒，得球粒22。球粒22在氫氣氣氛下，在400℃條件下脫蠟0.5h，得脫蠟產物22。脫蠟產物22在真空中，1300℃條件下燒結，得第三產物2。
第三產物1經激光選區熔化法，得產品2。
產品2在SLM(選區激光熔化)類型設備中平鋪后在1400～1500℃條件下加熱形成當前層；采用激光束按照預設的當前層截面輪廓進行掃描，使產品2燒結，形成截面層。其中，激光束的功率為400W，掃描間距為0.06mm，掃描速度為1000mm/s，光斑直徑為70μm，能量密度為107W/cm2。在截面層上再次平鋪硬質合金顆粒重復上述步驟的操作過程，直至得到預設形狀的硬質合金。
實施例3
本實施例為制備產品3的具體實施例。產品3中，耐磨相、過渡相和增韌基體相的體積比為62:25:24。本實施例中，耐磨相為304不銹鋼，過渡相為WC-Co合金，增韌基體相為Co-Ni合金。其中，過渡相中，Co的質量百分含量為5％，WC的粒徑為20nm。
耐磨相在壓力為20MPa、溫度為1450℃條件下制粒90min，冷卻至室溫后，過30μm篩，得第一產物3。
第一產物3和過渡相混合，在300r/min的轉速下濕磨4h，得濕磨產物3。濕磨產物3在60℃條件下干燥后，依次經過篩和制粒，得球粒3。球粒3在氫氣氣氛下，在500℃條件下脫蠟1.5h，得脫蠟產物3。脫蠟產物3在真空中，1300℃條件下燒結，得第二產物3。
第二產物3和增韌基體相混合，在170r/min的轉速下濕磨1h，得濕磨產物33。濕磨產物33在60℃條件下干燥后，依次經過篩和制粒，得球粒33。球粒33在氫氣氣氛下，在300℃條件下脫蠟0.7h，得脫蠟產物33。脫蠟產物33在真空中，1000℃條件下燒結，得第三產物3。
第三產物3經激光選區熔化法，得產品3。
產品3在SLM(選區激光熔化)類型設備中平鋪后在1400～1500℃條件下加熱形成當前層；采用激光束按照預設的當前層截面輪廓進行掃描，使產品3燒結，形成截面層。其中，激光束的功率為400W，掃描間距為0.06mm，掃描速度為1000mm/s，光斑直徑為70μm，能量密度為107W/cm2。在截面層上再次平鋪硬質合金顆粒重復上述步驟的操作過程，直至得到預設形狀的硬質合金。
實施例4
本實施例為制備產品4的具體實施例。產品4中，耐磨相、過渡相和增韌基體相的體積比為40:10:58。本實施例中，耐磨相為Co-Cr合金，過渡相為WC-Co合金，增韌基體相為Cu-Ni合金。其中，過渡相中，Co的質量百分含量為15％，WC的粒徑為3000nm。
耐磨相在壓力為20MPa、溫度為1400℃條件下制粒90min，冷卻至室溫后，過40μm篩，得第一產物4。
第一產物4和過渡相混合，在200r/min的轉速下濕磨3h，得濕磨產物4。濕磨產物4在60℃條件下干燥后，依次經過篩和制粒，得球粒4。球粒4在氫氣氣氛下，在400℃條件下脫蠟2h，得脫蠟產物4。脫蠟產物4在真空中，1200℃條件下燒結，得第二產物4。
第二產物4和增韌基體相混合，在200r/min的轉速下濕磨3h，得濕磨產物44。濕磨產物44在60℃條件下干燥后，依次經過篩和制粒，得球粒44。球粒44在氫氣氣氛下，在400℃條件下脫蠟2h，得脫蠟產物44。脫蠟產物44在真空中，1200℃條件下燒結，得第三產物4。
第三產物4經激光選區熔化法，得產品4。
產品4在SLM(選區激光熔化)類型設備中平鋪后在1400～1500℃條件下加熱形成當前層；采用激光束按照預設的當前層截面輪廓進行掃描，使產品4燒結，形成截面層。其中，激光束的功率為400W，掃描間距為0.06mm，掃描速度為1000mm/s，光斑直徑為70μm，能量密度為107W/cm2。在截面層上再次平鋪硬質合金顆粒重復上述步驟的操作過程，直至得到預設形狀的硬質合金。
實施例5
本實施例為測定實施例1～實施例4制得的產品1～產品4斷裂韌性、耐磨性以及硬度的具體實施例。
本實施例中所使用的對照品為市售常規3D打印產品。
本實施例中，樣品斷裂韌性的測定標準為ASTM E399，樣品耐磨性的測定標準為ASTM B611。
所得測定結果請參閱表1。
表1產品合金性能
從實施例1至實施例5可以得出，實施例1～實施例4制得的產品1～產品4的耐磨性及斷裂韌性在滿足刀具切削、礦產開發、盾構工具以及石油鉆井應用需求的基礎上，還可以同時提高耐磨性和斷裂韌性。解決了現有技術中，常規金屬陶瓷材料存在著無法同時提高耐磨性和斷裂韌性的技術缺陷。
綜上所述，本發明提供了一種復合金屬陶瓷，所述復合金屬陶瓷由中心層至表層依次為：耐磨相、過渡相和增韌基體相；所述耐磨相選自Co-Cr合金、鎳基合金、304不銹鋼以及W18高速鋼中的一種或多種。本發明還提供了一種上述復合金屬陶瓷在刀具切削、礦產開發、盾構工具以及石油鉆井領域的應用。經實驗測定可得，本發明提供的技術方案制得的產品，強度可滿足刀具切削、礦產開發、盾構工具以及石油鉆井應用需求；同時，本發明中的復合金屬陶瓷，可同時提高金屬陶瓷的耐磨性和強度。解決了現有技術中，金屬陶瓷顆粒存在著無法同時提高耐磨性和斷裂韌性的技術缺陷。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。