Xi măng cacbua lắp ráp WC-20Co được làm bằng phụ gia in gel 3D

In gel Abstract3D (3DGP) là một công nghệ sản xuất mới tạo ra các thành phần 3D bằng cách lắng đọng và tạo keo kim loại theo từng lớp. Ở đây, bùn gốc hydroxyetyl methacrylat (HEMA) có tải rắn 47-56 vol% WC-20Co được tạo ra trực tiếp bằng 3DGP và sau đó thiêu kết trong lò chân không. Bùn WC-20Co thể hiện tính chất chảy và mỏng khi cắt phù hợp, thuận lợi cho quá trình tạo hình 3DGP. Ảnh hưởng của các thông số xử lý 3DGP (như đường kính trong in và tỷ lệ lấp đầy) đến độ nhám bề mặt và độ chính xác kích thước của phôi in đã được nghiên cứu. Ảnh hưởng của tải trọng rắn lên các đặc tính lưu biến, mật độ thiêu kết, mật độ thiêu kết và các tính chất cơ học của bùn WC-20Co đã được nghiên cứu. Kết quả cho thấy mẫu có thể được in với hình dạng đẹp, độ chính xác thích hợp và cấu trúc vi mô đồng nhất. Các mẫu thiêu kết có khả năng giữ hình dạng tốt và cấu trúc vi mô đồng nhất. Mật độ mẫu, độ cứng và độ bền đứt ngang tốt nhất lần lượt là 13,55 g / cm3, HRA 87,7 và 2612,8 MPa. 3DGP có lợi thế độc đáo trong việc tạo hình gần mạng của các phần tử WC-20Co có hình dạng phức tạp. 1. Giới thiệu Cacbua xi măng WC-Co bao gồm các hạt WC cứng được nhúng trong ma trận Co liên tục và là một trong những vật liệu tổng hợp ma trận kim loại quan trọng nhất. Hiện nay chúng được sử dụng rộng rãi làm công cụ khoan và cắt, khuôn dập, bộ phận mài mòn và các bộ phận đặc biệt khác. Do tính dễ truyền của các hạt WC, cacbua xi măng thường được sản xuất bằng cách sử dụng quy trình luyện kim bột (PM), trong đó xảy ra quá trình thiêu kết pha lỏng của nén bột WC-Co. Độ phức tạp về hình dạng của sản phẩm bị hạn chế nghiêm trọng bởi cấu trúc khuôn. Ngoài ra, do tính chất cứng và độ bền cao của kim loại cứng WC-Co nên rất khó để gia công kim loại cứng WC-Co. Trong những năm gần đây, công nghệ sản xuất phụ gia (AM) phù hợp để sản xuất các chi tiết dạng gần lưới và các chi tiết phức tạp đã được phát triển và áp dụng để sản xuất một số vật liệu kim loại như như thép không gỉ, titan, hợp kim titan và hợp kim nhôm (SLM). Đốt cháy kim loại trực tiếp bằng laser (DMLS), nung chảy chùm tia điện tử (EBM), v.v. là những công nghệ tiêu biểu và chủ đạo. Thiết bị định hình mạng kỹ thuật laser (LENS) có thể tạo ra các hình dạng phức tạp và các bộ phận gần như hoàn toàn dày đặc. Trong các quy trình AM này, bột kim loại được phân lớp một cách có chọn lọc bằng tia laze / tia điện tử từng lớp một cho đến khi các bộ phận được chế tạo. Tuy nhiên, có rất ít nghiên cứu về sản xuất phụ gia của kim loại cứng WC-Co. Đầu tiên, cacbua xi măng WC-Co bao gồm các hạt WC và vật liệu ma trận Co, và điểm nóng chảy của hai vật liệu rất khác nhau. Khi nung bột WC-Co đến nhiệt độ nóng chảy của Co, các hạt WC vẫn ở trạng thái rắn; bột tiếp tục được làm nóng và Co bắt đầu bay hơi. Sự nóng chảy một phần sẽ làm giảm tỷ trọng của sản phẩm. Để giải quyết vấn đề này, một số nhà nghiên cứu đã cố gắng thêm một số chất kết dính, chẳng hạn như kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp. Gu và cộng sự. Bột Cu và bột WC-10Co được trộn theo tỷ lệ trọng lượng 60:40, và các mẫu có kích thước 50 mm × 10 mm × 9 mm được sản xuất bằng DMLS. Do lượng Cu lớn nên khối lượng riêng tương đối của mẫu này đạt 94,3%. Thứ hai, các công nghệ nung chảy lớp bột này có các yêu cầu nhất định đối với bột được sử dụng. Trong quy trình SLM và EBM, bột kim loại truyền qua các con lăn, trong khi DMLS và LENS thường được trang bị hệ thống cấp bột đồng bộ. Để có được lớp bột mỏng và đều, cả hai loại thức ăn bột đều yêu cầu bột mịn và bột hình cầu, có độ chảy tốt. Bột WC-Co có hình dạng bất thường không đáp ứng các yêu cầu này. Ngoài ra, quá trình làm nóng và làm lạnh bằng tia laze / tia điện tử (tức là quá trình thiêu kết) diễn ra rất nhanh. Chỉ một số hạt WC có thể hòa tan vào pha lỏng. Quá trình thiêu kết không hoàn toàn có thể làm giảm hiệu suất của sản phẩm. Cuối cùng, các kỹ thuật trên đòi hỏi hệ thống bảo vệ chân không hoặc khí trơ cao, tốn kém và liên quan đến quá trình khử cacbon và bay hơi của coban. Bear và cộng sự. nhận thấy rằng không có đủ carbon tự do trong nguyên liệu thô dạng bột để bù đắp cho lượng carbon thất thoát xảy ra trong quá trình LENS. Mặc dù các kỹ thuật trên có thể sản xuất nhiều bộ phận phức tạp, chúng có thể không phù hợp để sản xuất kim loại cứng WC-Co. Để giải quyết những hạn chế của các phương pháp thông thường và các vấn đề của công nghệ AM nói trên trong sản xuất kim loại cứng WC-Co, một quy trình AM mới được gọi là In Gel 3D (3DGP) đã được đề xuất. 3DGP kết hợp ép phun gel với mô hình lắng đọng hợp nhất (FDM) và có khả năng chuyển đổi mô hình 3D thành chất rắn 3D. Hình 1 (a) cho thấy thiết bị 3DGP được thiết kế của chúng tôi. Hình 1 (b) cho thấy hình ảnh phóng to của hệ thống đùn và lắng đọng của thiết bị. Đầu tiên, mô hình 3D đã thiết kế được cắt thành một loạt các lát cắt 2D. Sau đó, bùn dạng bột trong dung dịch monome hữu cơ được sử dụng làm "mực" và được chuyển đến máy đùn trục vít của thiết bị 3D GP dưới áp suất riêng của khí nén. Đồng thời, chất khơi mào và chất xúc tác được chuyển đến cùng một máy đùn trục vít theo tỷ lệ. Các vật liệu được trộn kỹ lưỡng và đùn qua vòi phun và sau đó được lắng đọng trên nền tảng in ấn. Sau một thời gian ngắn, các monome hữu cơ được liên kết chéo và bột rắn được giữ cố định bởi một polyme liên kết ngang ba chiều. Bằng cách này, bùn được lắng đọng chọn lọc từng lớp, phù hợp với từng lát cắt 2D được xây dựng trước của mô hình 3D. Cuối cùng, một cơ thể màu xanh lá cây cấu trúc ba chiều được thu được. Để tránh sự sụp đổ của màu xanh lá cây trong quá trình in, nền in vẫn đứng yên và đầu in của thiết bị 3DGP có thể di chuyển dọc theo các trục X, Y và Z, điều này khác với thiết bị FDM thông thường. Tương tự như các thiết bị FDM truyền thống, thiết bị mới có ưu điểm là đúc linh hoạt, cấu trúc đơn giản và điều khiển chính xác. Sau khi làm khô, phần thân màu xanh lá cây được tẩy dầu mỡ và thiêu kết trong lò chân không hoặc lò khí quyển. (d) lắng đọng các sợi sericin. Đúc Gel đã được sử dụng để sản xuất các vật liệu kim loại và đồ gốm khác nhau, chẳng hạn như WC-8 wt%Co, thép không gỉ 17-4PH, hợp kim nhiệt độ cao, Al2O3, Si3N4, SiC, v.v. Điều này chứng tỏ rằng nhiều loại bột vật liệu có thể phân tán ổn định và lơ lửng trong dung dịch monome hữu cơ, có nghĩa là 3DGP có tiềm năng lớn trong việc tạo hình nhiều vật liệu bao gồm kim loại, hợp kim kim loại, vật liệu tổng hợp ma trận kim loại và gốm sứ. Nhu cầu hiện tại đối với các bộ phận cacbua phức tạp không ngừng tăng lên. WC-20Co là một loại cacbua xi măng điển hình. Trong nghiên cứu này, bùn WC-20Co được sử dụng làm mực in có thể in được và việc sản xuất phụ gia của thành phần WC-20Co đã được nghiên cứu bởi 3DGP. Mục đích là để sản xuất các bộ phận hợp kim WC-20Co có mật độ cao, cơ tính cao, và nghiên cứu tính khả thi và tính thực tiễn của 3DGP trong việc định hình gần lưới của các bộ phận hợp kim cứng WC-Co.2. Chuẩn bị 2.1. Chế phẩm bùn WC-20Co Bột WC thương mại có đường kính hạt trung bình là 2,7 μm và bột Co có đường kính hạt trung bình là 46,5 μm đã được sử dụng trong công việc này. Hình 2 (a) và (b) lần lượt cho thấy sự xuất hiện của bột WC và bột Co. Các nguyên liệu thô này được trộn bằng cách sử dụng hỗn hợp nghiền bi có tỷ lệ trọng lượng WC trên Co là 80:20 và bóng cacbua xi măng trộn với bột WC-20Co theo tỷ lệ trọng lượng là 5: 1. Hình 2 (c) cho thấy bột composite WC-20Co sau khi nghiền trong 24 giờ. 2 Hình thái của vật liệu bột: (a) Bột WC, (b) Bột Co và (c) Bột tổng hợp WC-20Co. Để ngăn chặn quá trình oxy hóa của coban, các hệ thống không phải hydrogel đã được thiết kế. Toluen và hydroxyetyl metacrylat (CH2 = C (CH3) COOCH2CH2OH, HEMA) được chọn làm dung môi và monome hữu cơ. Bảng 1 liệt kê các hệ thống gel được sử dụng cho bùn WC-20Co Bảng 1. Hệ thống thuốc thử hóa học cho bùn WC-20Co. Benzoyl Peroxide (BPO) Dimethyl Aniline (TEMED) Các thuốc thử được sử dụng trong thí nghiệm đều tinh khiết về mặt phân tích. sau đó được hòa tan trong toluen ở nồng độ 50% theo thể tích của HEMA để chuẩn bị tiền xử lý. hỗn hợp. Tiếp theo, bùn với các tải trọng rắn khác nhau được chuẩn bị bằng cách phân tán bột WC-20Co vào dung dịch đã trộn sẵn. Chất phân tán Solsperse-6000 (ICI Co., USA, không độc hại) được thêm vào đồng thời theo một tỷ lệ nhất định. Những huyền phù WC-20Co này sau đó được nghiền bóng trong 2 giờ để thu được một loại bùn đồng nhất. Quy trình in gel 3D Bùn WC-20Co ở trên được chuyển đến thiết bị 3D GP dưới áp suất thích hợp. Ba vòi phun có đường kính trong 0,5, 0,6 và 0,7 mm được sử dụng ở đây. Bảng 2 liệt kê các điều kiện in của quy trình 3DGP. Dựa trên các thông số in này, lấy máy cắt vát làm ví dụ, một số mẫu hình chữ nhật đã được chuẩn bị và phân tích để xác định độ chính xác và tình trạng bề mặt của 3DGP. Sau quá trình in gel 3D, phần thân xanh được làm khô trong lò chân không ở 60 ° C. trong 8 giờ. Phần thân màu xanh lá cây khô đã được khử dầu mỡ ở 700 ° C. trong 1 giờ và cuối cùng được thiêu kết trong lò ống carbon chân không (chân không <2 Pa) ở 1360 ° C. trong 1 giờ. Bảng 2. Điều kiện in cho 3DGP. tốc độ in dày1 0,50 mm 0,35 mm 28 mm / s2 0,60 mm 0,45 mm 28 mm / s3 0,70 mm 0,55 mm 28 mm / s2.3. Độ nhớt của bùn WC-20Co được thử nghiệm bằng máy đo độ nhớt quay NDJ-79 ở 25 ° C. Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) và phân tích nhiệt vi sai (DTA) được sử dụng để nghiên cứu sự giảm trọng lượng nhiệt và động học phân hủy của chất kết dính hữu cơ khi tốc độ gia nhiệt là 10 ° C / phút dưới dòng argon tinh khiết cao. Nguyên tắc của Archimedes được sử dụng để đo mật độ xanh và mật độ thiêu kết. Kính hiển vi tiêu điểm quét laser được sử dụng để quan sát độ nhám bề mặt, hình dạng và hình thái mặt cắt của vật thể xanh 3DGP. Sự xuất hiện của bột WC-20Co và cấu trúc vi mô của các mẫu màu xanh lá cây và mẫu thiêu kết được quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét. Độ cứng của các mẫu thiêu kết được kiểm tra bằng máy đo độ cứng Rockwell có hình nón kim cương và tải trọng 60 kg. Thử uốn các mẫu thử thiêu kết được cắt thành 5 mm x 5 mm x 35 mm được thực hiện bằng máy thử đa năng điện tử với tốc độ tải 10 mm / phút. Mỗi bộ dữ liệu được báo cáo dựa trên các thuộc tính thu được từ 3 đến 5 mẫu.3. Kết quả và thảo luận 3.1. Hành vi lưu hóa và quy trình tạo gel của WC-20Co Slurry Chất lượng của bùn phụ thuộc vào hai yếu tố chính: tải rắn và độ nhớt. QUẢ SUNG. 3 cho thấy ảnh hưởng của tải chất rắn đến độ nhớt của bùn WC-20Co ở tốc độ cắt 20 s −1. Độ nhớt của bùn tăng lên khi chất rắn. Không giống như các yêu cầu về độ nhớt của khuôn phun gel (thường <1 Pa · s), độ nhớt cao hơn (có nghĩa là hàm lượng chất rắn cao hơn) có thể được sử dụng trong quy trình 3DGP. Keo dán 3DGP không cần phải đổ đầy khuôn mà chỉ cần có độ lưu động nhất định (thường <3 Pa · s) để có thể đùn qua vòi phun. Tuy nhiên, độ nhớt quá mức có thể cản trở quá trình đùn của WC-20Co. Ví dụ, một loại bùn có hàm lượng chất rắn là 59 vol% quá nhớt để được ép đùn. Trong nghiên cứu này, bốn loại bùn WC-20Co chịu tải rắn khác nhau đã được in trực tiếp bằng 3DGP: 47, 50, 53 và 56 vol%. Bùn 20Co thể hiện đặc tính chất lỏng giả dẻo. Như thể hiện trong Hình 4, khi tốc độ cắt tăng, độ nhớt của bùn WC-20Co giảm đáng kể, cho thấy hành vi cắt mỏng. Điều này cho thấy rằng bùn WC-20Co có thể chảy với tốc độ cắt cao do áp suất không khí và sự khuấy động, và có thể được đùn ở một áp suất cụ thể thông qua một vòi phun có đường kính nhỏ. Khi bùn được ép đùn và lực cắt biến mất, các sợi bùn sẽ duy trì hình dạng của chúng thay vì lan rộng trong thời gian nhàn rỗi ngắn trước khi đông đặc. Đặc tính pha loãng cắt này rất thuận lợi cho việc đùn và lắng đọng bùn WC-20Co trong quy trình 3DGP Hình 4. Mối quan hệ giữa độ nhớt biểu kiến và tốc độ cắt đối với bùn WC-20Co. (TEMED) và chất khởi đầu benzoyl peroxide (BPO) và sự khởi đầu của quá trình gel hóa (trùng hợp liên kết ngang). Tối ưu hóa thời gian rảnh là điểm chính của 3DGP. Trong thời gian không tải chính xác, trục vít của hệ thống đùn có thể khuấy mạnh bùn WC-20Co, chất xúc tác và chất khơi mào, và đảm bảo rằng quá trình trùng hợp liên kết ngang của monome HEMA xảy ra nhanh chóng sau khi đùn và lắng đọng bùn. Trước khi in lớp tiếp theo, lớp trát trước cần có đủ cường độ để thân lục giữ được hình dạng và chịu được sức nặng của bản thân. Phản ứng trùng hợp liên kết ngang của HEMA là một phản ứng tỏa nhiệt, vì vậy các dụng cụ tùy chỉnh có nhiệt kế được sử dụng để giúp xác định thời gian không tải. Trong công trình trước đây của chúng tôi, chúng tôi đã tìm thấy tác động đáng kể đến tốc độ phản ứng của chất xúc tác TEMED, nồng độ TEMED là 10 mmol / L phản ứng liên kết chéo xảy ra khi ổn định. Không giống như hiệu quả đáng chú ý của chất xúc tác, việc tối ưu hóa thời gian nhàn rỗi và tốc độ trùng hợp bằng cách điều chỉnh nồng độ của chất khơi mào sẽ thuận tiện hơn. Sau khi được thêm vào bùn WC-20Co, chất khởi đầu BPO sẽ phân hủy thành các gốc tự do, bắt đầu thành công phản ứng trùng hợp. Hình 5 cho thấy ảnh hưởng của nồng độ chất khơi mào đến thời gian chết của bùn WC-20Co với hàm lượng chất rắn là 56% theo thể tích. Kết quả cho thấy rằng độ kết dính của bùn WC-20Co có thể kiểm soát được. Thời gian không hoạt động giảm khi nồng độ chất khơi mào tăng lên. Khi nồng độ chất khơi mào là 40 mmol / L, thời gian không tải là> 20 phút. Tuy nhiên, khi nồng độ chất khơi mào tăng lên 70 mmol / L, thời gian nhàn rỗi giảm xuống còn khoảng 5 phút. Khi nồng độ vượt quá 100 mmol / L, thời gian tác động không tải tối thiểu. Các mô hình tương tự áp dụng cho các loại bùn có hàm lượng chất rắn khác nhau. Theo kết quả của các thí nghiệm lặp đi lặp lại trình bày chất khơi mào (90 mmol / L) của liều lượng tối ưu. Trong khoảng thời gian không tải tối ưu này (khoảng 2 phút), bùn WC-20Co được trộn với một lượng chất xúc tác và chất khơi mào nhất định trong máy đùn trục vít và sau đó đùn qua vòi phun và cuối cùng đóng rắn trong 20 giây. 5 Ảnh hưởng của nồng độ chất khởi tạo đến thời gian trống của bùn WC-20Co3.2. Đặc điểm của Thân xanh: Bùn WC-20Co được đùn qua một vòi phun thông thường và do hiệu ứng Barus (giãn nở đùn), đường kính của sợi bùn lớn hơn một chút so với đường kính bên trong của vòi phun. Như thể hiện trong Hình 1 (c), sau khi sợi bùn được lắng đọng trên nền in, trọng lực, đặc tính lưu biến và tiếp xúc nhẹ của nó với vòi phun sẽ trở thành hình bán elip, như trong Hình 1 (c). Bằng cách kiểm soát thời gian nhàn rỗi, lớp dán in có thể được đóng rắn nhanh chóng và đủ chắc chắn trước khi lớp tiếp theo được ép đùn. Hình 1 (d) là sơ đồ của quá trình lắng đọng 3DGP. Các sợi bùn WC-20Co được xếp chồng lên nhau và lớp tiếp theo sẽ lấp đầy khoảng trống của lớp trước. Do hiệu ứng Barus đã nói ở trên, cần phải chọn tỷ lệ lấp đầy chính xác. Ảnh hưởng của tỷ lệ lấp đầy được thể hiện trong Hình 6. Ba mẫu tỷ lệ lấp đầy khác nhau được in bằng vòi phun 0,7 mm và hồ WC-20Co với chất rắn 56 vol%. Khi tỷ lệ lấp đầy là 100%, bùn WC-20Co sẽ đóng thành đống, biến dạng và sau đó làm hỏng hình dạng của sản phẩm. Mặt khác, như thể hiện trong cấu trúc mạng tinh thể được hiển thị trong hình. 6 (a), tỷ lệ lấp đầy thấp dẫn đến mật độ thân xanh thấp. Với tỷ lệ lấp đầy 92%, thể xanh hình thành tốt. Tỷ lệ lấp đầy thích hợp được lựa chọn dựa trên các đặc tính lưu biến của bùn và kích thước vòi phun. độ dày của lớp lắng đọng và cuối cùng xác định độ nhám bề mặt và độ chính xác về kích thước của thân xanh. Để minh họa điều này, một số mẫu được 3DGP thực hiện bằng cách sử dụng các vòi phun có đường kính khác nhau và bùn WC-20Co với tải trọng 56 vol% chất rắn. Độ dày lớp, độ nhám bề mặt, hình dạng và kích thước của chúng được đo để tính toán độ chính xác tạo hình 3DGP. Độ dày lớp và độ nhám bề mặt của các mẫu in được nghiên cứu bằng kính hiển vi quét laser đồng tiêu. QUẢ SUNG. 7 là hình chiếu bên của phần thân màu xanh lục do 3DGP thu được bằng cách sử dụng ba vòi phun có đường kính trong là 0,5, 0,6 và 0,7 mm. Điều này cho thấy rằng các sợi bùn duy trì hình dạng của chúng và đóng rắn trong thời gian, với sự liên kết tốt giữa các lớp. Bảng 3 cho thấy độ dày lớp, độ nhám bề mặt và kích thước của phần thân màu xanh lá cây được in. Kết quả đo độ dày lớp (tương ứng là 0,355 mm, 0,447 mm và 0,552 mm) phù hợp với cài đặt của 3DGP được thể hiện trong Bảng 2. Khi đường kính vòi phun tăng lên, độ nhám bề mặt của mẫu in tăng lên. Khi một mẫu có hình chữ nhật song song được in bằng vòi phun có đường kính trong là 0,5 mm, độ nhám bề mặt (Ra) là 8,13 ± 0,6 μm thu được. Khi tăng đường kính trong của vòi phun lên 0,7 mm, mẫu có độ nhám bề mặt (Ra) cao tới 19,98 ± 0,9 μm. Như có thể thấy từ Bảng 3, tất cả các khoảng trống được in này lớn hơn một chút so với mô hình ba chiều, nhưng nhỏ hơn một chút trong quá trình làm khô và do đó gần với mô hình hơn. Hình 8 cho thấy một mẫu hình chữ nhật đã được làm khô được in bằng vòi phun 0,5 mm và bùn WC-20Co có tải chất rắn 56 vol%. Như thể hiện trong Hình 8 (b), bề mặt của mẫu 3DGP-bulit không có lỗ rỗng, mảnh vụn và khuyết tật cong vênh rõ ràng. Các vết in dòng vẫn còn nhìn thấy trên bề mặt của mẫu hình khối. Kết quả cho thấy thiết bị 3DGP có khả năng tạo hình tốt, và việc sử dụng các vòi phun nhỏ để chuẩn bị mẫu sẽ tạo ra độ nhám bề mặt thấp hơn và độ chính xác về kích thước cao hơn. Hình 8 (e) cho thấy mặt cắt của một mẫu khô màu xanh lục có độ phóng đại thấp. Không có giao diện giữa lớp in và các dòng bên trong mẫu màu xanh lá cây. Mặc dù miếng dán WC-Co được in từng lớp một nhưng đặc tính thấm ướt và dàn trải của miếng dán tốt, tỷ lệ lấp đầy phù hợp nên dây và lớp có độ bám dính tuyệt vời. Ngoài ra, sự trùng hợp liên kết ngang của HEMA vẫn xảy ra tại các giao diện này trong các bước in và sấy khô và sự liên kết chặt chẽ của các dây và các lớp. Từ ảnh SEM (Hình 8 (f)), có thể thấy rằng mẫu màu xanh lá cây có cấu trúc vi mô đồng nhất và các hạt WC-Co phân bố đồng đều. Hơn nữa, các hạt được bao phủ chặt chẽ bởi polyme gel và cố định tại chỗ. Vòi phun 0,7mm.Bảng 3. Độ dày lớp, độ nhám bề mặt và kích thước của thân xanh như in và kích thước của thân xanh khô. (Mô hình 3D là 40 mm × 20 mm × 20 mm.) Hình. 8. Mẫu hình khối được in bằng 3DGP sử dụng vòi phun 0,5 mm và bùn WC-20Co với tải rắn 56 vol%: (a) mô hình ba chiều, (b) thân màu xanh lá cây khô, (c) mẫu thiêu kết, (e) hình chữ thập phần thân xanh khô dưới độ phóng đại thấp, và (f) cấu trúc vi mô của thân xanh khô. Chất rắn ảnh hưởng đến mật độ của thân xanh. Như trong hình. 9, khi chọn vòi phun thích hợp và chọn tỷ lệ lấp đầy thích hợp, mật độ màu xanh lá cây sẽ tăng lên khi tải trọng rắn của bùn tăng lên. Ở tải chất rắn 56 vol%, khối lượng riêng của màu xanh lục là 7,85 g / cm3. Việc sử dụng bùn có hàm lượng chất rắn cao tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất các chất nén màu xanh lá cây mật độ cao và giảm sự co ngót trong quá trình sấy và thiêu kết, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thu được các bộ phận thiêu kết đồng nhất và có độ chính xác cao. Trong tiền đề của độ nhớt hợp lý, cần phải tăng tải trọng rắn càng nhiều càng tốt Hình 9. Mật độ xanh và mật độ thiêu kết của các mẫu 3D GP với các tải rắn WC-20Co khác nhau.3.3. Mẫu thiêu kết Quá trình 3DGP dựa trên sự trùng hợp tại chỗ của chất kết dính monome hữu cơ và FDM. Trước khi thiêu kết, polyme gel màu xanh lá cây (chất kết dính hữu cơ) sẽ bị phân hủy và cháy hết. Để khảo sát động học phân hủy nhiệt của chất kết dính hữu cơ, các mẫu màu xanh lá cây được in bằng cách sử dụng bùn WC-20Co ở tải trọng 56 vol% chất rắn đã được thử nghiệm bằng TG và DTA trong môi trường argon chảy ở tốc độ gia nhiệt 10 ° C / phút. . Như trong Hình 10, mẫu màu xanh lá cây thu nhiệt do sự bay hơi của toluen và trở nên nhẹ hơn ở nhiệt độ thấp (<100 ° C). Đường cong DTA cho thấy một sự tỏa nhiệt mạnh ở khoảng 450 ° C. Tương ứng với đỉnh tỏa nhiệt, phần thân màu xanh lục cho thấy sự giảm trọng lượng đáng kể trong khoảng từ 300 ° C đến 500 ° C. Khi đun nóng đến 600 ° C, mẫu màu xanh lục bị mất 3,08 wt%. Theo tính toán, hàm lượng hữu cơ của mẫu xanh khô là 3,02% theo trọng lượng. Khi nhiệt độ cao hơn 600 ° C, trọng lượng của thân xanh hầu như không thay đổi. Kết quả cho thấy gel polyme màu xanh lá cây bị đốt cháy hoàn toàn sau khi đun nóng đến khoảng 600 ° C. Do hàm lượng chất kết dính hữu cơ thấp, các mẫu màu xanh lá cây in 3DGP chỉ yêu cầu tẩy dầu mỡ bằng nhiệt. 3DGP có thể tạo thành các thành phần kích thước lớn. Mẫu WC-20Co được ủ ở 700 ° C. trong một giờ có tính đến độ trễ nhiệt độ của lò. Trong bộ lễ phục. 8 (c), có thể quan sát rõ ràng rằng độ co ngót của mẫu sản xuất 3DGP là đồng nhất trong quá trình thiêu kết. Mẫu thiêu kết duy trì hình dạng của nó mà không bị cong vênh và không có khuyết tật trên bề mặt. Hình 10. Đường cong DTA và đường cong TG của mẫu 3DGP với tốc độ gia nhiệt 10 ° C / phút. Mẫu 3DGP tăng lên. Cũng giống như dữ liệu mật độ trong Fig. 9, một mẫu được in bằng cách sử dụng bùn WC-20Co với tải trọng chất rắn là 56 vol.-% cho thấy mật độ tối đa là 13,55 g / cm3, đạt 99,93% của mật độ lý thuyết. Tuy nhiên, khi giảm khối lượng chất rắn xuống 47% theo thể tích, mật độ thiêu kết chỉ còn 12,01 g / cm 3 (88,58% mật độ lý thuyết). Ảnh hưởng của chất tải rắn cũng được phản ánh trong cấu trúc vi mô của mẫu thiêu kết. Ở tải trọng rắn lên đến 56% theo thể tích, hình ảnh SEM (Hình 11 (a)) cho thấy một mẫu thiêu kết với mật độ gần như hoàn toàn mà không quan sát thấy vết nứt hoặc khoảng trống. Khi hàm lượng chất rắn thấp, hay nói cách khác, hàm lượng dung môi và hàm lượng chất kết dính hữu cơ cao, sự bay hơi của dung môi và sự cháy chất kết dính hữu cơ gây ra nhiều khoảng trống, cản trở quá trình cô đặc. QUẢ SUNG. 11 (b) cho thấy rằng khi khối lượng rắn của bùn WC-20Co giảm xuống còn 53% theo thể tích, có một số lỗ nhỏ trên mẫu thiêu kết. Một số lượng lớn các khoảng trống có thể được quan sát trong Fig. 11 (c) minh họa cấu trúc vi mô của mẫu được in bằng bùn WC-20Co với khối lượng chất rắn là 50% theo thể tích. Như trong hình. 11 (d), ngày càng nhiều lỗ xuất hiện khi tải trọng rắn càng giảm. Không có đủ pha lỏng trong quá trình tẩy dầu mỡ và thiêu kết để lấp đầy các lỗ rỗng do dung môi và chất kết dính hữu cơ để lại. Điều này dẫn đến mật độ thấp và một số lượng lớn khoảng trống trong các mẫu được in bằng cách sử dụng dán WC-20Co với tải chất rắn là 47% theo thể tích. Hình 11. (a) 56 vol%, (b) 53 vol%, (c) 50 vol%, và (d) 47 vol% WC-20Co bùn qua ảnh SEM in 3DGP của mẫu thiêu kết. Hình 12 cho thấy sự thay đổi độ cứng của các mẫu thiêu kết như một hàm của tải trọng rắn dạng bùn WC-20Co. Ở chất rắn tải 47% theo thể tích, độ cứng (HRA) chỉ là 84,5. Hàm lượng chất rắn thấp dẫn đến mật độ thiêu kết thấp (độ xốp cao), làm giảm đáng kể các tính chất cơ học của mẫu. Khi chất tải rắn tăng lên, độ cứng tăng lên đáng kể. Các mẫu được in bằng cách sử dụng bùn WC-20Co có tải chất rắn 56 vol% có độ cứng tối đa (HRA) là 87,7. Hình 12. Giá trị độ cứng của các mẫu thiêu kết với các tải rắn WC-20Co khác nhau. mẫu thiêu kết. Như thể hiện trong Hình 13, độ bền uốn của mẫu được quan sát thấy tăng lên khi tăng tải chất rắn. Sự xuất hiện vết gãy và cấu trúc vi mô của mẫu (Hình 14) cũng xác nhận điều này. Như được hiển thị trong các hình. 14 (b), (c) và (d), mẫu có độ bền uốn rất thấp và có nhiều lỗ do tải trọng rắn thấp 53%, 50% và 47% theo thể tích. Mặc dù có các lỗ rỗng nhưng có thể thấy các hạt WC phân bố đồng đều và không xảy ra hiện tượng phát triển bất thường. Các mẫu được chế tạo với bùn có hàm lượng WC-20Co cao (56 vol%) có độ bền đứt ngang là 2612,8 MPa Hình 13. Độ bền uốn của các mẫu thiêu kết với các tải rắn WC-20Co khác nhau. Hình 14. Các mẫu đứt gãy của các mẫu WC-20Co được in sử dụng bùn với các tải rắn khác nhau: (a) 56 vol%, (b) 53 vol%, (c) 50 vol% và (d) 47 vol%. ° C. Thiêu kết co rút đều. Do đó, phay vát có khả năng giữ hình dạng tốt. Các tính chất cơ học của các mẫu in 3DGP tương tự như các tính chất cơ học của các mẫu được chế tạo bằng kỹ thuật in và kỹ thuật thiêu kết thông thường. 3DGP là một quá trình tạo hình gần lưới tiên tiến có thể tạo ra các hình dạng phức tạp mà không cần khuôn (tạo hình tự do). Các đường in có thể được xem trên bề mặt vát. Các bộ phận do 3DGP chế tạo cần được đánh bóng và hoàn thiện trước khi sử dụng. Tốc độ đúc của 3DGP vẫn còn rất chậm. Mất 2 giờ 46 phút để in phay vát. Là một quá trình không đúc khuôn, 3DGP khắc phục những hạn chế của các hình dạng phức tạp và đơn giản hóa quy trình. Với sự phát triển của công nghệ và thiết bị, độ chính xác tạo hình và tốc độ tạo hình sẽ dần tăng lên. 3DGP cung cấp một phương pháp mới để tạo hình gần như ròng cho các thành phần kim loại cứng WC-Co. Hình 15. Máy cắt vát được in bằng 3DGP.4. Thành phần tổng hợp WC-20Co đã được sản xuất thành công ở dạng gần lưới bằng quy trình AM mới được gọi là in gel 3D, giúp lắng đọng chọn lọc từng lớp bùn WC-20Co. Các kết luận sau có thể được rút ra: (1) Các loại bùn có đặc tính lưu biến thích hợp có thể được điều chế bằng cách sử dụng bột composite WC-20Co có hình dạng bất thường và hệ thống gel toluen-HEMA. Hành vi cắt mỏng và phản ứng tạo keo được kiểm soát làm cho bùn WC-20Co phù hợp với quy trình 3DGP. (2) 3DGP có thể được sử dụng để tạo ra các thân xanh phức tạp. Việc sử dụng đầu phun tốt giúp cải thiện độ chính xác tạo hình của 3DGP và giảm độ nhám bề mặt của mẫu. Tỷ lệ đóng gói nên được lựa chọn dựa trên tính chất lưu biến của bùn và kích thước vòi phun. Mẫu in có hình thức đẹp và độ nhám bề mặt 8,13 ± 0,6 μm. Hàm lượng chất kết dính thấp của greenware cho phép 3DGP tạo ra các thành phần có kích thước lớn. (3) Việc tăng tải rắn của bùn WC-20Co dẫn đến cải thiện độ nhớt của bùn, mật độ xanh, mật độ thiêu kết và các đặc tính cơ học của mẫu thiêu kết. Mẫu thiêu kết được in bằng bùn 56 vol% WC-20Co có mật độ 13,55 g / cm 3 (99,93% mật độ lý thuyết), độ cứng 87,7 (HRA) và độ bền uốn 2612,8 MPa. Ngoài ra, cấu trúc vi mô đồng nhất với các hạt WC mịn và đồng nhất. Tham khảo: Xin yue Zhang, Zhi, meng Guo, Cun guang Chen, Wei wei Yang. Tạp chí quốc tế về kim loại chịu lửa và vật liệu cứng, Tập 70, tháng 1 năm 2018, Trang 215-223
Nguồn: Meeyou cacbua