WC-Ni基硬质合金的光固化增材制造

采用光固化增材制造(3D打印)技术制备WC-Ni基硬质合金,研究了浆料配比和增材制造工艺参数对浆料流变性能和固化性能的影响以及WC-Ni基硬质合金的性能。结果表明:当浆料固含量为40%(体积分数)、分散剂为ZN-1344且加入量为粉体质量的2%时,WC-Ni浆料的流变性能满足增材制造工艺需求,当剪切速率为100 s^(-1)时,浆料黏度为2.718 Pa·s;该浆料的最大单层固化厚度可达144μm,对应工艺参数为0.01 mm线间距、90%激光功率和2 000 mm/s扫描速度;采用响应曲面法拟合数据获得的浆料单层固化厚度计算模型,计算值与实际值误差为3.4%,可起理论预测作用;光固化增材制造WC-15%Ni硬质合金的密度和相对密度最高,分别为13.51 g/cm^(3)和96.5%,加入1%晶粒长大抑制剂Cr_(3)C_(2)后,硬质合金维氏硬度显著提高,达到945 HV_(30),接近同等Ni含量但不含有Cr_(3)C_(2)的传统硬质合金硬度。

3D打印硬质合金:光固化打印前驱体间接制备

为了实现3D打印硬质合金的目的,本文提出了一种基于光固化3D打印硬质合金的方法,即以钨盐和钴盐为原料,并借助光辐照聚合,光固化打印硬质合金前驱体坯体,再通过后处理—高温还原/碳化并烧结致密化为硬质合金。采用流变仪、紫外分光光度计、同步热分析仪和XRD衍射仪等研究了墨水的紫外流变性能和稳定性,分析了前驱体的转变过程,探究了钨盐/有机物摩尔比对高温后处理产物的影响规律,最终获得了蜂窝结构的3D打印硬质合金部件。结果表明:优化的墨水配方中,当水/丙烯酸质量比为2.5、偏钨酸铵溶解度为100%以下时,TPO和PEGDA的加入量为溶剂质量的2%。在高温后处理过程中,3D打印硬质合金前驱体内的盐和有机物发生分解、还原和碳化等一系列反应。偏钨酸铵首先分解为氧化钨,再在氢气气氛下被还原为纯钨,然后与有机物分解产生的碳源依次发生碳化反应,转化为W2C和WC。当钨盐/有机物摩尔比低于0.85时,高温后处理产物为纯WC相。最终获得3D打印蜂窝结构的硬质合金,此合金结构完整、表面光滑,主要物相为WC和Co。

室温下具有“内置”机制的导电油墨自烧结研究

目前，尚没有金属油墨可以在室温下只通过印刷步骤便形成导电图案的技术。例如使用纳米金属油墨在塑料电子产品上印制导电图案，必须进行额外的烧结处理，通常是通过加热至高温来实现。在烧结过程中，形成图案的纳米粒子（NPs）发生团聚以形成连续的导电层。近年来，发展了很多新型的烧结工艺，如微波、激光烧结，脉冲氙气、电子或化学烧结以及等离子烧结等，但是这些方法通常需要高成本的设备以及复杂的预处理或后处理工艺。因此，对于油墨而言，尚需研究的课题是，印制后无须额外烧结工艺即可获得高导电率。