硬質(zhì)合金粉末擠出打印中增材制造工藝及其顯微結(jié)構(gòu)

陸騰軒，孟曉燕，李獅弟，鄧 欣

(廣東工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，廣州 510006)

增材制造又稱為3D打印，是繼等材制造與減材制造后發(fā)展起來的先進(jìn)制造技術(shù)。增材制造在高分子材料的研究及應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)取得重要進(jìn)展，而在金屬、陶瓷等材料領(lǐng)域的研究還處于實(shí)驗(yàn)室探索階段，距離大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用還有比較明顯的距離。3D打印技術(shù)[1-6]主要包括激光選區(qū)熔融技術(shù)(SLM)、激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)(SLS)、光固化打印(SL/DLP)、熔融沉積打印(FDM)、墨水直寫打印(DIW)、黏結(jié)劑噴射打印(3DP)等。這些3D打印技術(shù)為高分子材料、金屬、陶瓷等材料的制備提供了全新方法，從更深層次上將會(huì)徹底改變傳統(tǒng)制造技術(shù)對(duì)于材料準(zhǔn)備-零部件打印-系統(tǒng)裝配的固有理念，為未來以結(jié)構(gòu)-功能一體化為核心的智能制造提供堅(jiān)實(shí)的理論及工程技術(shù)支撐[7]。目前已經(jīng)用于增材制造的金屬材料主要包括不銹鋼、鋁合金、鈦合金等，陶瓷材料主要包括氧化物、碳化物及氮化物陶瓷等。

硬質(zhì)合金屬于陶瓷基復(fù)合材料，被譽(yù)為工業(yè)的牙齒。由于其高硬度，高強(qiáng)度，高耐磨性以及比陶瓷材料更好的斷裂韌性，主要用于制造礦山開采工具、切削工具和耐磨零件。傳統(tǒng)粉末冶金的方法通過模壓成形，可以制備形狀較為簡單而性能優(yōu)良的硬質(zhì)合金制品。由于硬質(zhì)合金的高強(qiáng)度、高硬度等特性，傳統(tǒng)加工方法在制造形狀復(fù)雜的硬質(zhì)合金制品時(shí)具有局限性，而增材制造的方法在復(fù)雜結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的制備上具有明顯優(yōu)勢(shì)。迄今為止，激光選區(qū)熔融技術(shù)(SLM)[8]及黏結(jié)劑噴射打印(3DP)[9]已經(jīng)用于硬質(zhì)合金的增材制造研究中。由于SLM技術(shù)無法進(jìn)行燒結(jié)溫度的精準(zhǔn)控制，而3DP技術(shù)只能采用粒度較粗的球形顆粒為原料，這兩類方法在制備硬質(zhì)合金時(shí)都產(chǎn)生了打印件顯微結(jié)構(gòu)不均勻，WC晶粒異常長大的問題[10-11]。尤其是SLM技術(shù)打印硬質(zhì)合金極易產(chǎn)生WC的分解，并且在超快的加熱冷卻過程中造成孔隙、裂紋的大量產(chǎn)生。因此，到目前為止增材制造技術(shù)還不能進(jìn)行高性能硬質(zhì)合金的制備。

粉末擠出打印(powder extrusion printing，PEP)是基于傳統(tǒng)金屬注塑成型和3D打印相結(jié)合的增材制造技術(shù)，具有打印材料范圍廣、打印成本低等巨大優(yōu)勢(shì)，可以打印任何金屬[12-13]、陶瓷[14-15]、金屬-陶瓷復(fù)合材料[16-17]。采用PEP技術(shù)進(jìn)行硬質(zhì)合金的增材制造具有較大的可行性，PEP技術(shù)既可以使用幾十微米的原料粉體，也可以使用微米、亞微米甚至納米尺寸的原料粉體，因此可以完全避免3DP技術(shù)只能打印粗粉的局限，對(duì)于制備結(jié)構(gòu)均勻的硬質(zhì)合金具有較大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，而目前關(guān)于PEP打印硬質(zhì)合金的相關(guān)研究還鮮有報(bào)道。本研究以PEP為增材制造核心工藝，針對(duì)性開發(fā)了硬質(zhì)合金專用的有機(jī)黏結(jié)劑材料體系，并以此為基礎(chǔ)成功制備PEP專用的WC-13Co熱塑性打印料，通過對(duì)PEP打印工藝的系統(tǒng)優(yōu)化，打印件脫脂技術(shù)的系統(tǒng)探索，打印件燒結(jié)工藝的深入研究，成功制備高致密度、高性能WC-13Co打印-燒結(jié)件。初步建立了硬質(zhì)合金PEP增材制造的熱塑性黏結(jié)劑體系，揭示硬質(zhì)合金PEP打印件的脫脂-燒結(jié)-致密化機(jī)制，為硬質(zhì)合金的PEP增材制造探索出一套切實(shí)可行的PEP打印-脫脂-燒結(jié)工藝方案。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

采用WC-13Co硬質(zhì)合金粉末進(jìn)行PEP成型，所使用的原料粉末為碳化鎢(WC)粉末和鈷(Co)粉末，由廈門金鷺公司提供。實(shí)驗(yàn)室制備WC-13Co硬質(zhì)合金粉末，制備方法如下：將87 g碳化鎢粉與13 g鈷粉以無水乙醇為分散劑混合均勻，通過滾筒球磨6 h，之后將球磨后的混合粉末置于通風(fēng)櫥室溫干燥12 h，再置于60 ℃的烘箱中干燥8 h。原料粉末以及實(shí)驗(yàn)制備的WC-13Co的掃描電子顯微鏡圖片如圖1所示。由圖1可知，碳化鎢為形狀不規(guī)則顆粒，粒度范圍在1～5 μm之間，鈷粉的費(fèi)氏粒度為1 μm。圖1(a)中可觀察到大于4 μm的碳化鎢顆粒，主要原因是存在粉末顆粒團(tuán)聚。本研究通過球磨的方法制備的WC-13Co粉末可將此類軟團(tuán)聚粉末分散，有利于提高WC材料的粒度均勻性。

圖1 原料粉末的掃描電子顯微鏡圖片 (a)碳化鎢原料;(b)鈷粉原料;(c)球磨混合WC-13Co粉末

使用有機(jī)黏結(jié)劑和WC-13Co硬質(zhì)合金粉末在密煉機(jī)中混合密煉制備PEP打印原料。有機(jī)黏結(jié)劑的主要組成包括石蠟(中國石油)、微晶蠟(美國索諾邦)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(日本三井)和低密度聚乙烯(中國石化)。硬質(zhì)合金粉末和有機(jī)黏結(jié)劑密煉時(shí)采用的分散劑為硬脂酸(麥克林公司)。

1.2 工藝過程

硬質(zhì)合金粉末擠出式3D打印工藝包括以下4個(gè)步驟：(1)硬質(zhì)合金粉末和有機(jī)黏結(jié)劑混合均勻制備打印原材料；(2)打印成型；(3)打印生坯進(jìn)行脫脂處理去除黏結(jié)劑；(4)燒結(jié)工藝。具體工藝流程圖如圖2所示。

圖2 擠出打印工藝流程

首先將石蠟(PW)、微晶蠟(MW)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、低密度聚乙烯(LDPE)按一定比例混合均勻。將黏結(jié)劑混合物、硬質(zhì)合金粉末(WC-13Co)和硬脂酸(SA)加入160 ℃密煉機(jī)中混合密煉2 h。將密煉料經(jīng)造粒機(jī)造粒后得到粒徑范圍8～12目的3D打印原料。經(jīng)造粒后的打印原料可以直接進(jìn)行PEP打印。所使用的3D打印原料中硬質(zhì)合金粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94.3%，體積裝載率為52%。采用擠出式3D打印機(jī)(深圳升華三維科技有限公司)，配合三維繪圖軟件和切片軟件，設(shè)置合適的打印參數(shù)(如切片層厚、噴頭溫度、打印速度等)打印設(shè)定模型，得到打印生坯。打印生坯采用兩步法脫脂去除其中的黏結(jié)劑成分。兩步法脫脂包括溶劑脫脂和熱脫脂兩個(gè)步驟。首先將打印生坯置于45 ℃正庚烷中脫脂4 h,然后置于60 ℃烘箱中干燥 8 h。將干燥后的樣品置于脫脂爐中,在氬氣氛圍中以5 ℃/min的升溫速率加熱至500 ℃，在150,350,500 ℃分別保溫60 min。脫脂后的生坯置于真空燒結(jié)爐中進(jìn)行真空燒結(jié)，在1450 ℃下保溫60 min。

1.3 測(cè)試表征

采用旋轉(zhuǎn)流變儀(Physica MCR301)測(cè)定實(shí)驗(yàn)室制備的3D打印原料的流變性能，測(cè)試溫度為160 ℃，剪切速率范圍是0.01～100 s-1。采用同步熱分析儀(TGA/DSC, STA449F5)測(cè)定氬氣氛圍中，10 ℃/min的升溫速率下，有機(jī)黏結(jié)劑和打印原料在30～800 ℃的范圍內(nèi)的熱穩(wěn)定性及熱失重情況。采用精密天平稱量打印生坯脫脂前后樣品的質(zhì)量，計(jì)算打印生坯的脫脂率。脫脂率計(jì)算公式如式(1)所示。

(1)

式中：D表示脫脂率；m1是脫脂前打印生坯的質(zhì)量；m2是脫脂后打印生坯的質(zhì)量；m0是打印原料中有機(jī)黏結(jié)劑的質(zhì)量。

采用掃描電子顯微鏡(TM3030)觀察打印原料和燒結(jié)后硬質(zhì)合金樣品的顯微結(jié)構(gòu)。使用維氏硬度計(jì)(HVS-30Z)測(cè)定燒結(jié)件的硬度。通過阿基米德排水法測(cè)定硬質(zhì)合金燒結(jié)體的密度，其計(jì)算公式如式(2)所示。

(2)

式中：ρ代表硬質(zhì)合金樣品的密度；M1是樣品干重；M2為樣品經(jīng)過水煮后的質(zhì)量；M3為樣品在水中的質(zhì)量；ρw為蒸餾水在室溫下的密度?？筛鶕?jù)測(cè)定的硬質(zhì)合金燒結(jié)體的密度計(jì)算硬質(zhì)合金燒結(jié)體的致密度，如式(3)所示。

(3)

式中：d代表致密度；ρ是硬質(zhì)合金樣品的密度；ρ0為硬質(zhì)合金的理論密度。硬質(zhì)合金的理論密度取決于其成分和組織，本研究中所使用的硬質(zhì)合金為WC-13Co，其理論密度為14.24 g/cm3。

2 結(jié)果與分析

2.1 打印原料的流變性能及顯微結(jié)構(gòu)

為了制備PEP專用硬質(zhì)合金打印原料，系統(tǒng)研究了由石蠟、微晶蠟、硬脂酸、乙烯-醋酸乙烯共聚物、低密度聚乙烯組合而成的蠟基黏結(jié)劑體系。蠟基黏結(jié)劑具有良好的流動(dòng)性和黏度，能與硬質(zhì)合金粉末均勻混合。通過詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，本研究開發(fā)出一種硬質(zhì)合金PEP專用的黏結(jié)劑材料，該黏結(jié)劑各組成的熔點(diǎn)及含量如表1所示。

表1 黏結(jié)劑各組成的熔點(diǎn)及含量

對(duì)硬質(zhì)合金粉末體積裝載率為52%的硬質(zhì)合金-有機(jī)黏結(jié)劑混合打印原料和經(jīng)過相同條件密煉的純有機(jī)黏結(jié)劑在160 ℃下進(jìn)行黏度測(cè)試。兩種材料在0.01～100 s-1的剪切速率范圍內(nèi)的黏度曲線如圖3(a)所示，均表現(xiàn)出了明顯的剪切變稀特性。打印原料在0.01～1 s-1的剪切速率下顯示出黏度超過10000 Pa·s。隨著剪切速率增大，黏度迅速下降。當(dāng)剪切速率超過10 s-1時(shí)，粉末裝載率52%的打印料黏度急劇下降。在剪切速率達(dá)到20 s-1時(shí)，粉末裝載率為52%的打印料的黏度已經(jīng)低于100 Pa·s。這一黏度隨剪切速度明顯變化的性能使得此類打印料非常適合采用PEP這一類螺桿擠出式增材制造技術(shù)進(jìn)行制備[18]。保持剪切速率為1 s-1，打印原料在155～175 ℃溫度下的黏度變化如圖3(b)所示。結(jié)果表明隨著溫度的提高，打印原料的黏度逐漸降低。因此通過調(diào)整剪切速率和打印溫度可以調(diào)整打印料的黏度，合適的黏度可以使打印料在打印過程中具有良好的流動(dòng)性，有利于連續(xù)擠出打印。與此同時(shí)，對(duì)于打印料的流變分析也為本研究的PEP打印參數(shù)提供了重要的參考，顯著提升了PEP打印參數(shù)的優(yōu)化效率。

圖3 不同材料的黏度曲線圖 (a)剪切速率；(b)溫度

圖4所示為打印原料的電鏡照片和EDS分析元素分布情況。從圖4(a)中看到打印原料中硬質(zhì)合金粉體均勻分布在體系中，其中WC顆粒大部分小于3 μm，表明球磨有效地消除了原料粉末團(tuán)聚的問題。在EDS分析中可知W,C,Co,O元素分布均勻。打印料中的黏結(jié)劑主要含有C,O元素，這從另一個(gè)方面證明了打印料各個(gè)組分的分布是均勻的。SEM和EDS結(jié)果均顯示出實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的熱塑性黏結(jié)劑與硬質(zhì)合金粉末混合均勻性較好，混合后得到了具有合適黏度及流動(dòng)性的打印材料。

圖4 WC-13Co粉末裝載率52%的打印原料的顯微照片(a)和W(b),Co(c),O(d),C(e)元素分布

2.2 打印參數(shù)對(duì)成型精度的影響

PEP打印過程如圖2所示，打印過程中由于材料本身或打印參數(shù)設(shè)置等原因可能會(huì)出現(xiàn)打印缺陷，如打印生坯層間分離、打印精度低等[19]。經(jīng)過前期的實(shí)驗(yàn)探索，選定噴頭溫度為160 ℃，基板溫度為90 ℃,研究打印層厚、線寬(噴嘴直徑)、打印速度對(duì)打印件缺陷控制和打印精度的影響。經(jīng)過深入的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化打印工藝，為避免打印缺陷的產(chǎn)生，得出可采用粉末裝載率52%的打印原料制備硬質(zhì)合金制品的三種打印工藝和所制備的樣品尺寸(見表2)。

從表2的設(shè)定尺寸和實(shí)際樣品尺寸對(duì)比可知，三個(gè)樣品在長、寬和高的方向都一定程度的增加,這是因?yàn)闊崴苄圆牧贤ㄟ^螺桿擠出過程中存在擠出脹大效應(yīng)。熱塑性打印料以絲線的形式經(jīng)加熱的打印噴嘴熔融擠出，擠出的細(xì)絲直徑略大于噴嘴直徑，因此制備的樣品尺寸比設(shè)定尺寸大。擠出速度越快，熱塑性材料的擠出脹大效應(yīng)越大，因此打印工藝3在各方向的脹大效應(yīng)最明顯。由于打印坯體是由打印材料堆疊形成，在堆疊過程中可能出現(xiàn)打印體堆疊孔隙，同一層的相鄰打印線條、上下相鄰兩層之間都可能存在堆疊孔隙，一般情況下打印層厚越小堆積效果越好，同時(shí)熱塑性材料擠出脹大的效應(yīng)越小。所以，在相同的打印速度下，打印工藝1(層厚0.1 mm)比打印工藝2(層厚0.2 mm)所制備的樣品脹大程度小。經(jīng)過綜合對(duì)比，確定了采用表2的打印工藝1作為硬質(zhì)合金PEP打印工藝。

表2 三種PEP打印工藝參數(shù)及所制備樣品尺寸

使用本研究制備的粉末裝載率52%的打印原料，采用PEP打印技術(shù)可以成功制備不同大小和形狀的硬質(zhì)合金坯體(見圖5)，證明了本研究中PEP技術(shù)制備具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金零件的工藝切實(shí)可行。

圖5 PEP打印硬質(zhì)合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件

2.3 脫脂工藝對(duì)打印生坯的形狀保持程度以及脫脂率的影響

熱塑性打印材料中黏結(jié)劑的脫除是至關(guān)重要的步驟，有機(jī)黏結(jié)劑的脫除溫度、時(shí)間與其組元及含量密切相關(guān)，因此必須首先對(duì)黏結(jié)劑進(jìn)行熱重分析。圖6(a)，(b)分別是純有機(jī)黏結(jié)劑和硬質(zhì)合金-有機(jī)黏結(jié)劑打印原料(WC-13Co粉末裝載率52%)的熱失重曲線。如圖6(a)所示，低熔點(diǎn)的黏結(jié)劑組元石蠟和微晶蠟在200 ℃開始揮發(fā)熱解，形成脫脂通道，有利于后續(xù)高熔點(diǎn)的高分子黏結(jié)劑組元的脫除。在500 ℃時(shí)，黏結(jié)劑基本脫除，失重率達(dá)到99%。繼續(xù)加熱至800 ℃，失重率略有增加，達(dá)到99.4%，殘?zhí)柯蕿?.6%。實(shí)驗(yàn)室制備的WC-13Co粉末體積裝載率52%的打印原料中黏結(jié)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.7%，從圖6(b)的熱失重曲線可知在500 ℃下打印原料的失重率是5.6%，其中脫脂率是98.2%。在800 ℃時(shí)的失重率達(dá)到5.7%，100%的黏結(jié)劑可以脫除。

圖6 純有機(jī)黏結(jié)劑(a)和WC-13Co粉末裝載率52%的打印原料(b)的熱重分析

研究了兩種脫脂工藝對(duì)打印生坯的形狀保持程度以及脫脂率的影響，一步法及兩步法脫脂的脫脂率如圖7所示，兩步法脫脂工藝中脫脂率明顯高于一步法，基本上達(dá)到了100%的脫除，表明兩步法脫脂可以更徹底地去除有機(jī)黏結(jié)劑，這與參考文獻(xiàn)[20]的研究結(jié)果相吻合，此外兩步法脫脂過程中黏結(jié)劑中的不同組元在不同條件下逐步脫除，可以更好地保證打印坯體的尺寸及形狀控制。

圖7 一步法和兩步法脫脂的脫脂率

脫脂實(shí)驗(yàn)表明一步熱脫法中如果升溫速率超過3 ℃/min，在300 ℃時(shí)樣品就已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重的鼓泡變形缺陷，如圖8(a)所示。這主要是因?yàn)轲そY(jié)劑中低熔點(diǎn)的石蠟是最先熱解脫除的成分，石蠟大約在120 ℃開始分解，在脫脂初期胚體外層黏結(jié)劑中的石蠟緩慢脫除，如果升溫速率過快，那么在外部通道還未完全形成的條件下樣品內(nèi)部的石蠟已經(jīng)開始熱解，熱分解產(chǎn)生的氣體無法及時(shí)逸出，造成樣品的膨脹，這是樣品開裂和鼓泡的重要原因之一。而兩步脫脂法中溶劑脫脂可以有效地脫除石蠟和微晶蠟，之后的熱脫脂工藝可以完全脫除其他黏結(jié)劑組分，并且樣品無鼓泡和開裂的缺陷。這是因?yàn)榈谝徊饺軇┟撝^程有效地打開脫脂通道使得后期熱脫脂過程中黏結(jié)劑其他組元熱分解時(shí)分子可以順利逸出。采用兩步法脫脂后的樣品照片如圖8(b)所示。經(jīng)過對(duì)一步法及兩步法脫脂工藝的比較，本研究選定了兩步法脫脂工藝作為硬質(zhì)合金PEP打印件的脫脂工藝。

圖8 打印樣品經(jīng)一步法(a)和兩步法(b)脫脂的照片

2.4 PEP打印件燒結(jié)后的顯微結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能

PEP打印坯體經(jīng)過兩步法脫脂后，置于真空燒結(jié)爐中進(jìn)行真空燒結(jié)，燒結(jié)工藝如圖9所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明真空燒結(jié)后的硬質(zhì)合金樣品的致密度為99.3%，維氏硬度為(1410±57)HV30。原料碳化鎢的維氏硬度約為2000HV，鈷的維氏硬度約為258HV，硬質(zhì)合金WC-13Co的硬度是這兩相硬度的綜合結(jié)果。Lee等[21]研究顯示傳統(tǒng)模壓成型-真空燒結(jié)的WC-13Co的洛氏硬度(HRA)達(dá)到89.7，該洛氏硬度相當(dāng)于維氏硬度1320HV，其中WC晶粒尺寸也與本研究相似，因此本研究制備的WC-13Co樣品的硬度與文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果處于同一水平。

圖9 硬質(zhì)合金燒結(jié)工藝曲線

粉末裝載率52%打印胚體脫脂前、脫脂后和燒結(jié)后的照片如圖10所示。對(duì)比脫脂前的打印坯體，燒結(jié)樣品在長、寬和高方向的線收縮率分別為16.6%,17.1%和19.6%。打印坯體燒結(jié)后各個(gè)方向收縮均勻，說明PEP打印樣品各向收縮具有可控性[22]。硬質(zhì)合金燒結(jié)樣品的掃描電鏡照片如圖11所示，其中亮度較高的截三棱柱形狀晶粒為WC，灰黑色區(qū)域?yàn)镃o。與3DP打印的硬質(zhì)合金燒結(jié)件的顯微結(jié)構(gòu)[10]相比，真空燒結(jié)后PEP打印件無明顯孔隙，WC晶粒尺寸更為均勻，約1～3 μm。與原料粉末相比，WC晶粒明顯長大，呈現(xiàn)明顯的三棱柱狀而且棱角分明，說明WC晶粒得到充分的生長。WC-13Co的快速致密化過程主要發(fā)生在液相燒結(jié)階段[23]，第一階段WC-13Co在共晶溫度1300 ℃開始出現(xiàn)液相。液相Co對(duì)于WC有良好的潤濕性能，在毛細(xì)管力的誘導(dǎo)作用下WC晶粒旋轉(zhuǎn)重排。第二階段隨著溫度的升高發(fā)生液相遷移，液相Co的比例不斷增加，WC晶粒之間的孔隙被液相填充。第三階段溫度升高到1450 ℃進(jìn)行保溫，W和C在Co中的溶解度增大。同時(shí)W和C的擴(kuò)散速度也在增加，致密化的過程伴隨著WC晶粒長大，根據(jù)溶解-析出機(jī)制細(xì)晶粒WC在液相Co中迅速溶解并析出于粗晶WC表面，形貌由原料中不規(guī)則形狀向截三棱柱形狀轉(zhuǎn)變，這與已有研究結(jié)果中WC燒結(jié)的平衡態(tài)形狀為截三棱柱一致[24]。影響燒結(jié)致密化的參數(shù)除了燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間，還包括WC的粒度和生坯密度、坯體孔隙尺寸。PEP打印使用的WC,Co原始粒度在1～3 μm，而3DP打印通常采用具有良好流動(dòng)性能的15～45 μm的球形粉末。而且在相同的坯體密度下，細(xì)粉堆積的孔隙尺寸小于粗粉堆積孔隙尺寸。由于PEP打印采用的細(xì)粉具有高表面能以及較小尺寸的孔隙，在相似的液相燒結(jié)條件下WC晶粒的生長相對(duì)均勻，這也是PEP打印顯微結(jié)構(gòu)優(yōu)于3DP打印的重要原因[25]。

圖10 硬質(zhì)合金粉末擠出打印樣品

圖11 硬質(zhì)合金真空燒結(jié)件的顯微結(jié)構(gòu)

3 結(jié)論

(1)蠟基有機(jī)黏結(jié)劑可以作為硬質(zhì)合金PEP打印的有效黏結(jié)劑體系。

(2)粉末裝載率為52%的硬質(zhì)合金打印材料顯示出了剪切變稀的特性。通過調(diào)節(jié)剪切速率，打印材料可以獲得良好的流動(dòng)性。

(3)PEP打印過程中可能會(huì)產(chǎn)生堆疊孔隙，可以通過系統(tǒng)優(yōu)化的PEP打印工藝加以去除。

(4)兩步法脫脂工藝可以徹底去除硬質(zhì)合金PEP打印件的有機(jī)黏結(jié)劑。

(5)WC-13Co硬質(zhì)合金PEP打印件經(jīng)過脫脂燒結(jié)后平均尺寸收縮率為17.8%，致密度達(dá)到99.3%。顯微結(jié)構(gòu)分析表明WC晶粒有明顯長大，WC晶粒粒度分布較為均勻。與傳統(tǒng)方法制備的WC-13Co硬質(zhì)合金相比，本研究開發(fā)的PEP打印-脫脂-燒結(jié)工藝所制備的硬質(zhì)合金具有相似的顯微結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能，表明PEP可以作為硬質(zhì)合金的有效增材制造技術(shù)。