巴伐利亚金属公司为3D打印的新钨合金生产技术申请专利

导读：钨合金以其出色的耐腐蚀性和高导热性而闻名，常被作为铝制部件冷模铸造的最佳选择。这种重金属的密度也非常高，达到了19.3克/厘米3。由于其密度与黄金相当，钨被广泛用于工具制造和医疗保健领域的阿尔法和伽马射线屏蔽。

近日，南极熊了解到，总部位于德国的金属加工公司BayerischeMetallwerke GmbH（Wolfram Industrie的子公司）已经开发出一种专门用于钨合金的新材料生产工艺并获得专利。

这种工艺的特殊之处在于，它能够以粉末形式产生高浓度的钨预合金混合物（WNiFe和WNiCu），使这些材料能够用于3D打印和涂层工艺。在为期两年的开发阶段的支持下，该公司相信其新工艺将为钨制成的更复杂的零件几何形状铺平道路，为工具制造和3D打印辐射屏蔽等应用提供新的选择。

钨合金——实用的“硬骨头”

针对于他们的钨合金产品，巴伐利亚金属公司（Bayerische Metallwerke）的研发经理Hany Gobran博士解释说："我们的钨-镍-铁合金的特点是，我们以预合金化粉末的形式来进行制备，这适合作为3D打印和涂层工艺的初始产品"。

△巴伐利亚金属公司生产的钨合金粉末。图片来自巴伐利亚金属公司。

巴伐利亚金属公司的研发工程师Nabil Gdoura表示，由于钨对熔融金属的腐蚀和侵蚀的抵抗力，以及其出色的导热性，钨是铸铝领域的首选材料。此外，钨金属非常高的密度也使它成为有害铅金属的一个很好的替代品，而铅现金仍然被广泛用于医学中的辐射屏蔽。

不幸的是，钨也是所有化学元素中熔点最高的（3400℃），莫氏硬度为7.5，使其极难加工。因此，具有更复杂几何形状（如曲线和孔）的钨零件通常只是用热作工具钢代替，因为它易于使用和3D打印。

用于3D打印的钨合金生产

据Bayerische Metallwerke公司称，到目前为止，所有商业上可用的钨3D打印合金都是通过掺杂相对高浓度的铁和镍生产的，通常没有任何预合金化过程。由于这些金属的熔点明显低于钨的熔点，高温增材制造工艺（如粉末床熔合）往往导致它们不可控地蒸发。

新的Bayerische Metallwerke工艺通过在加工前对粉末混合物进行预合金化来解决这一问题。通过将所有三种元素作为多相材料组合在每个单独的粉末颗粒中，最终合金的组成和分布可以得到非常密切的控制。因此，这种金属可以在高温下加工，而不会损失任何铁、镍或铜。

Bayerische Metallwerke公司表示，他们新的工艺能够生产出80%-98.5%（重量）的钨，0.1%-15%的镍，以及0.1%-10%的铁和/或铜的合金，这取决于所需的应用。这些合金材料的密度为17-18.8克/立方厘米，非常适用于钨在铝铸造、工具制造和辐射屏蔽方面的传统用途。该专利工艺还具备一个附属功能，那就是能够确定粉末颗粒的流动行为和粒度。

Gobran总结说："钨在最终产品中的比例越高，它对熔融铝的抵抗力就越强，导热性也越好。另一方面，如果良好的延展性和机械加工性发挥更大的作用，那么合金中的钨比例也可以相应减少。因此，成分总是可以适应具体的应用和各自形状的复杂性。"

△由Bayerische Metallwerke公司3D打印的钨合金零件。照片来自Bayerische Metallwerke公司

工业增材制造的粉末生产

虽然粉末的生产处于增材制造的上游阶段，但毋庸置疑的是，粉末生产部门对于工业增材制造的成功绝对是至关重要的。今年早些时候，等离子体雾化技术专家Pyrogenesis公司宣布成功测试了其增材制造NexGen粉末生产线。在做出推迟商业生产的战略决定后，这家位于蒙特利尔的公司得以实施改进，现在已经对其生产线的批次间一致性进行了测试。

在其他地方，加拿大采矿和金属公司力拓最近利用水雾化技术开发了一种新的钢铁3D打印粉末。虽然人们普遍认为只有高成本的气体和等离子体雾化器能够生产工业级粉末，但力拓公司的新型钢粉末也证明了水雾化法是一种更实惠的3D打印粉末生产途径。