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       山东大学机械工程系的研究人员在International Journal of Refractory Metals and Hard Materials上发表题为The effect of diamond grain size on the formability and mechanical property of 3D-printed diamond tool的研究论文。主要研究了金刚石粒度对3D打印金属结合剂金刚石工具成形性和力学性能的影响。研究利用选区激光熔化工艺制备了金属结合剂金刚石工具，其中金属粉末为AlSi10Mg粉末和金刚石粉末的混合物。实验结果表明，当金刚石体积分数相同时，随着金刚石粒度减小，缺陷增加，相对密度和主要力学性能下降。此外，可以制备出金刚石磨料分布均匀、嵌入牢固的3D打印金刚石工具，其力学性能能够满足金刚石工具的要求。

       制造业的发展依赖于制造工具的进步。金刚石作为自然界中最硬的物质，已成为制造工具领域的后起之秀。金刚石工具主要包括金刚石磨削工具、金刚石锯切工具、金刚石切削工具和金刚石钻孔工具，是高效加工硬脆材料的重要工具。由于金刚石具有极高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，金刚石工具在加工硬脆材料方面表现出色。与陶瓷结合剂金刚石工具和树脂结合剂金刚石工具相比，金属结合剂金刚石工具由于金属结合剂的优异力学性能以及金刚石与金属之间的优异结合力而具有更好的性能。传统的金属结合剂工具制备方法包括热压烧结、电镀和钎焊等方式。然而，这些方法存在一些问题，例如短寿命、热量散发性能不足等。

       为了精确设计和制备具有预先设计好的孔隙形貌的多孔金属结合剂金刚石工具，研究团队提出了3D打印结构化金属结合剂金刚石工具的新概念。尚未讨论过金刚石粒度对3D打印金刚石工具成形性和力学性能的影响。众所周知，各粉末的粒度对混合粉末的流动性和3D打印复合材料的成形性有显著的影响。因此，研究金刚石粒度对新型3D打印金属结合剂金刚石工具的影响具有重要意义。部分数据如下：

图 1. 混合粉末的 SEM 图像

图 2. 金属结合剂金刚石工具的选择性激光熔化原理

图 3. 金属结合剂金刚石工具的3D打印流程

图 4. 扫描策略示意图

图 5. 密度测量原理

图 6. 用于机械测试的 3D 打印样品

图 7. 力学测试设备

图 8. 3D 打印金刚石工具样品：（a）成品和（b）抛光后

图 9. 3D打印金刚石的相对密度

图10. 3D 打印金刚石工具的金刚石分布

图 11. 3D打印金刚石工具的磨损形貌

图12. 3D打印金刚石工具的元素分析

图13. 金刚石磨料的结合条件表征

图14. 3D打印金刚石工具的成形缺陷

图15. 具有不同粒度的金刚石3D打印金刚石工具的拉伸试验结果

图16. 不同粒度的金刚石 3D 打印金刚石工具的压缩测试结果

图17. 不同粒度的金刚石3D打印金刚石工具的弯曲测试结果

图 18. 金刚石粒度对3D打印金刚石工具力学性能的影响

       主要结论：

     （1）当金刚石粒度从500目变化到200目时，3D打印金刚石工具的相对密度在0.91~0.96之间，且随着金刚石粒度的减小，3D打印金刚石工具的相对密度下降。

     （2）3D打印金刚石工具中金刚石磨料均匀分布且牢固嵌入金属结合剂中，金刚石与金属的过渡区钛元素富集程度较高且为化学冶金结合。

     （3）随着金刚石粒度的减小，3D打印金刚石工具的主要力学指标，包括杨氏模量、拉伸强度、屈服强度、压缩强度、弯曲模量和弯曲强度等均下降，但各项力学性能均能满足金刚石工具的要求。

     （4）金属结合剂的主要缺陷有气孔缺陷、裂纹缺陷和未熔合缺陷。对于金刚石磨料来说，主要的缺陷有烧伤缺陷、粘结缺陷和脱落缺陷。焊后热处理峰值温度对冲击韧性有显著影响，在峰值温度1180℃和1200℃进行焊后热处理后的试样冲击韧性值明显下降，尤其是在–30℃和–45℃较低温度下测试的试样。3D打印金刚石工具中缺陷的尺寸和数量随着金刚石粒度的减小而呈增加的趋势，这可以解释为什么相对密度和力学性能随着金刚石粒度的减小而减弱。

     原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2024.106821