巴伐利亞金屬公司為3D打印的新鎢合金生產(chǎn)技術(shù)申請專利

導(dǎo)讀：鎢合金以其出色的耐腐蝕性和高導(dǎo)熱性而聞名，常被作為鋁制部件冷模鑄造的最佳選擇。這種重金屬的密度也非常高，達(dá)到了19.3克/厘米3。由于其密度與黃金相當(dāng)，鎢被廣泛用于工具制造和醫(yī)療保健領(lǐng)域的阿爾法和伽馬射線屏蔽。

近日，南極熊了解到，總部位于德國的金屬加工公司BayerischeMetallwerke GmbH（Wolfram Industrie的子公司）已經(jīng)開發(fā)出一種專門用于鎢合金的新材料生產(chǎn)工藝并獲得專利。

這種工藝的特殊之處在于，它能夠以粉末形式產(chǎn)生高濃度的鎢預(yù)合金混合物（WNiFe和WNiCu），使這些材料能夠用于3D打印和涂層工藝。在為期兩年的開發(fā)階段的支持下，該公司相信其新工藝將為鎢制成的更復(fù)雜的零件幾何形狀鋪平道路，為工具制造和3D打印輻射屏蔽等應(yīng)用提供新的選擇。

鎢合金——實(shí)用的“硬骨頭”

針對于他們的鎢合金產(chǎn)品，巴伐利亞金屬公司（Bayerische Metallwerke）的研發(fā)經(jīng)理Hany Gobran博士解釋說："我們的鎢-鎳-鐵合金的特點(diǎn)是，我們以預(yù)合金化粉末的形式來進(jìn)行制備，這適合作為3D打印和涂層工藝的初始產(chǎn)品"。

△巴伐利亞金屬公司生產(chǎn)的鎢合金粉末。圖片來自巴伐利亞金屬公司。

巴伐利亞金屬公司的研發(fā)工程師Nabil Gdoura表示，由于鎢對熔融金屬的腐蝕和侵蝕的抵抗力，以及其出色的導(dǎo)熱性，鎢是鑄鋁領(lǐng)域的首選材料。此外，鎢金屬非常高的密度也使它成為有害鉛金屬的一個很好的替代品，而鉛現(xiàn)金仍然被廣泛用于醫(yī)學(xué)中的輻射屏蔽。

不幸的是，鎢也是所有化學(xué)元素中熔點(diǎn)最高的（3400℃），莫氏硬度為7.5，使其極難加工。因此，具有更復(fù)雜幾何形狀（如曲線和孔）的鎢零件通常只是用熱作工具鋼代替，因?yàn)樗�易于使用�?D打印。

用于3D打印的鎢合金生產(chǎn)

據(jù)Bayerische Metallwerke公司稱，到目前為止，所有商業(yè)上可用的鎢3D打印合金都是通過摻雜相對高濃度的鐵和鎳生產(chǎn)的，通常沒有任何預(yù)合金化過程。由于這些金屬的熔點(diǎn)明顯低于鎢的熔點(diǎn)，高溫增材制造工藝（如粉末床熔合）往往導(dǎo)致它們不可控地蒸發(fā)。

新的Bayerische Metallwerke工藝通過在加工前對粉末混合物進(jìn)行預(yù)合金化來解決這一問題。通過將所有三種元素作為多相材料組合在每個單獨(dú)的粉末顆粒中，最終合金的組成和分布可以得到非常密切的控制。因此，這種金屬可以在高溫下加工，而不會損失任何鐵、鎳或銅。

Bayerische Metallwerke公司表示，他們新的工藝能夠生產(chǎn)出80%-98.5%（重量）的鎢，0.1%-15%的鎳，以及0.1%-10%的鐵和/或銅的合金，這取決于所需的應(yīng)用。這些合金材料的密度為17-18.8克/立方厘米，非常適用于鎢在鋁鑄造、工具制造和輻射屏蔽方面的傳統(tǒng)用途。該專利工藝還具備一個附屬功能，那就是能夠確定粉末顆粒的流動行為和粒度。

Gobran總結(jié)說："鎢在最終產(chǎn)品中的比例越高，它對熔融鋁的抵抗力就越強(qiáng)，導(dǎo)熱性也越好。另一方面，如果良好的延展性和機(jī)械加工性發(fā)揮更大的作用，那么合金中的鎢比例也可以相應(yīng)減少。因此，成分總是可以適應(yīng)具體的應(yīng)用和各自形狀的復(fù)雜性。"

△由Bayerische Metallwerke公司3D打印的鎢合金零件。照片來自Bayerische Metallwerke公司

工業(yè)增材制造的粉末生產(chǎn)

雖然粉末的生產(chǎn)處于增材制造的上游階段，但毋庸置疑的是，粉末生產(chǎn)部門對于工業(yè)增材制造的成功絕對是至關(guān)重要的。今年早些時候，等離子體霧化技術(shù)專家Pyrogenesis公司宣布成功測試了其增材制造NexGen粉末生產(chǎn)線。在做出推遲商業(yè)生產(chǎn)的戰(zhàn)略決定后，這家位于蒙特利爾的公司得以實(shí)施改進(jìn)，現(xiàn)在已經(jīng)對其生產(chǎn)線的批次間一致性進(jìn)行了測試。

在其他地方，加拿大采礦和金屬公司力拓最近利用水霧化技術(shù)開發(fā)了一種新的鋼鐵3D打印粉末。雖然人們普遍認(rèn)為只有高成本的氣體和等離子體霧化器能夠生產(chǎn)工業(yè)級粉末，但力拓公司的新型鋼粉末也證明了水霧化法是一種更實(shí)惠的3D打印粉末生產(chǎn)途徑。