华中科技大学：金属基陶瓷相增强合金工具钢粉末的制备

近年来，一些研究人员研究采用3D打印成形微量陶瓷与工具钢基体的复合材料，利用陶瓷相增强金属的强度、硬度和耐磨性，在模具领域显现出良好应用前景。

在钢铁材料中加入硬质陶瓷颗粒,同时使用新的制备工艺将陶瓷颗粒的高强度、高硬度、高熔点和钢基体的韧性、导热性结合起来,制备出颗粒增强钢基复合材料,可解决当代工业要求材料在高温、高速、磨损严重、腐蚀严重等环境中工作的挑战。本期，一起来领略华中科技大学关于金属基陶瓷相增强合金工具钢粉末制备技术方面的突破。

3D打印随形冷却注塑模具已被证明可以缩短注塑时间、提高模具使用寿命、提高产品表面质量，然而当前市场上被广泛使用的3D打印用铁基粉末材料包括304、304L、316、316L、403、302、430、420等，此类材料多用于加工零件，并不是合适的模具材料。相比较传统合金工具钢品种，目前可用做制作模具的3D打印粉末材料尤其是工具钢材料非常少。

华中科技大学采用气雾化方法制备陶瓷相增强合金工具钢粉末，通过感应熔炼实现含陶瓷相金属的合金化目的，并利用气雾化过程获得物理和化学参数稳定且均匀的粉末材料。这些材料可以通过高能束激光、电子束或等离子等能量源，以增材制造方式实现材料制备与成形一体化，实现高强度、高硬度和高耐磨模具的3D打印。材料的主要制备过程包括：

1 将称量好的原料混合粉末放入酸性炉衬中进行真空感应熔化形成熔体；

- 精确控制真空感应熔炼时的真空度，精确控制熔化时功率，待电流冲击停止后全功率供电；

- 熔化完原料混合粉末后，扒净熔体表面的熔渣，并加入石灰石重造新渣；

- 对烧损的元素进行补损，以调整合金的化学成分；

- 升温后先加锰铁后加硅铁进行预除氧，然后将熔体加热，用工业纯铝在炉内强制脱氧。

2 对熔体进行脱氧处理；

3 将脱氧处理后的熔体倾倒入中间包坩埚内进行脱硫、脱磷以及去除非金属夹杂物，其中，熔体在中间包坩埚放置，放置期间，中间包坩埚放置在中频电磁净化装置中；

4 将净化好的熔体通过气雾化设备，通过喷射沉积技术得到工具钢合金粉末材料。

华中科技大学通过真空感应熔炼并结合气雾化制粉的方法制得金属基陶瓷相增强合金工具钢粉末，解决了机械力混合两种材料，容易产生成分与粒径分布不均的问题。3D科学谷认为，华中科技大学关于金属基陶瓷相增强合金工具钢粉末的制备为金属打印模具应用打开了新的市场空间。采用真空感应熔炼结合气雾化法制备适合3D打印的合金工具钢粉末，并有针对的增加金属基陶瓷相相关的金属元素，获得增强的合金工具钢粉末，细化了晶粒；消除了第二相的宏观偏析，提升了材料的性能。

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