本发明属于铸造，更具体地，涉及一种基于粘结剂喷射成型的陶瓷/金属界面结合方法。
背景技术：
1、随着科技水平的提升，工业设备的工作环境更加复杂化与多样化，金属零部件广泛应用于各类工业设备与结构中，随着使用要求的提升与工作环境的扩展，单一金属的性能通常也无法满足极端与恶劣工况的需求。针对机械零部件的耐磨、耐蚀需求，使用陶瓷/金属材料是一种可行的解决方法。金属与陶瓷的复合可以有效保留金属材料的强韧性与陶瓷材料的耐磨耐蚀性能，是理想的机械零部件材料。
2、专利文献cn114988918a公开了一种氧化铝陶瓷的表面金属化方法，将金属粉体、助剂、有机载体混合，制成金属化浆料，采用丝网将金属化浆料印刷至氧化铝陶瓷基体上，再经干燥、气体保护脱脂烧结，得到表面金属化的氧化铝陶瓷，其制备工艺复杂，且只能实现简单结构的陶瓷/金属结合(这是因为对于复杂结构而言，往往存在丝网印刷无法覆盖到的区域，限制了应用)。
3、专利文献cn102978616a公开了一种在钢板表面制备氧化铝涂层的离心自蔓延法，使用火焰粉末喷枪将镍包铝粉喷涂在表面粗化过的钢板外侧，再通过装置自带的离心转盘与铝热焊剂将氧化铝涂层通过铝热反应涂覆于钢板表面。只能实现简单板式结构的陶瓷/金属结合，有很大局限性(这是因为对于复杂结构而言，往往存在喷枪无法喷到的区域，限制了应用)。
4、金属与陶瓷在物理、化学与力学性能方面存在较大差异，界面润湿性较差。上述方法虽然能实现金属与陶瓷的结合，但工艺复杂，成本较高，难以满足复杂零件内腔与流道的涂层制备。因此为了实现复杂形状下陶瓷/金属界面的良好结合，需要探索出一种生产效率高、制备工艺简单的陶瓷/金属制件制备方式。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种基于粘结剂喷射成型的陶瓷/金属界面结合方法，通过粘结剂喷射成型技术，快速直接制备陶瓷壳体，再通过中间层涂覆改善陶瓷与金属的润湿性，结合铸造技术，实现陶瓷/金属零件的一体化成型，得到的具有陶瓷/金属界面结合的铸件，相较于纯金属的铸件，改善了金属的耐磨耐蚀性能，将极大提高零件使用性能与使用寿命，也是机械零部件制造的重大技术突破。
2、为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于粘结剂喷射成型的陶瓷/金属界面结合方法，其特征在于，包括以下步骤：
3、s1基于3d打印，根据目标铸件的结构，设计可浇注的空心陶瓷壳体；
4、s2采用粘结剂喷射成型技术对空心陶瓷壳体进行3d打印制造得到初坯，然后依次经过固化、真空浸渗、干燥和脱脂烧结，即可得到陶瓷壳体；其中，所述脱脂烧结是用于使粘结剂被烧结脱除；
5、s3利用真空浸涂涂料或化学镀的方式在陶瓷壳体的内表面沉积得到含有金属材料的中间层；
6、s4使用铸造的方式，将铁基金属液填充入沉积有中间层的陶瓷壳体内部，经过控温凝固与保温处理，冷却后即可得到具有陶瓷/金属界面结合的铸件。
7、作为本发明的进一步优选，步骤s2具体是将待打印的陶瓷粉体与烧结助剂mno2预先混合，然后对得到的混合物采用粘结剂喷射成型技术进行3d打印制造得到初坯的；其中，烧结助剂mno2在混合物中的质量占比为6％～10％，烧结助剂与陶瓷粉体的粒度均在500～2000目之间；优选的，所述陶瓷粉体为氧化铝陶瓷粉体；
8、步骤s2中，固化所采用的固化温度为160～220℃，固化时间2～3h；
9、所述真空浸渗所用浸渗液为tio2溶胶，固含量20～30wt％，浸渗时间90～120s，浸渗真空度20～30kpa；
10、所述脱脂烧结的工艺参数为：以2～4℃/min的加热速率由室温上升至640～660℃，保温60～90min；再以2～4℃/min的加热速率升温至950～1050℃；随后以1～2℃/min的升温速率加热至1400～1450℃，并保温2～4h；最后随炉冷却至室温。
11、作为本发明的进一步优选，步骤s3具体是使用真空浸涂涂料的方式，所述涂料为骨料与涂料粘结剂的混合物；其中，所述涂料粘结剂为20～40wt％固含量的硅溶胶；所述骨料为金属单质粉体，粒度在1000～1200目，且金属单质的熔点为1400～1800℃；所述涂料中骨料的质量百分占比为40～60％；优选的，所述金属单质粉体为镍粉、铬粉或钛粉；
12、步骤s3具体包括以下子步骤：
13、s3.1将涂料用高速搅拌机在1500～2000r/min的转速下搅拌10～15min，然后进行真空浸涂；真空浸涂所处的真空度为20～40kpa，浸涂时间20～40s；
14、s3.2将真空浸涂后的陶瓷壳体在真空度为20～40kpa的真空环境下放置1～2h使涂层中的气泡完全析出；
15、s3.3将步骤s3.2处理得到的陶瓷壳体在40～60℃的温度下干燥18～24h；
16、s3.4对步骤s3.3处理得到的陶瓷壳体进行烧结处理，使涂层烧结；所述烧结处理的工艺参数为：以2～4℃/min的加热速率由室温上升至1200～1300℃，保温30～60min，最后随炉冷却至室温。
17、作为本发明的进一步优选，步骤s3具体是使用化学镀镍的方式，相应得到的中间层为金属镍层；
18、步骤s3具体包括以下子步骤：
19、s3-1使用无水乙醇作为洗剂对陶瓷壳体进行超声清洗15～30min，再更换以去离子水作为洗剂对陶瓷壳体进行超声清洗5～20min，保证渗入陶瓷孔隙内的污渍均被除去；
20、s3-2将步骤s3-1处理后的陶瓷壳体放入浓度为500～800g/l的naoh溶液中，在40～60℃下粗化30～60min，再用去离子水作为洗剂超声清洗多次，每次超声清洗的时间为20～40min，并在每一次清洗后测量溶液ph值，直到ph降至7.4～7.6，保证表面和陶瓷孔隙中的粗化溶液完全除去；
21、s3-3将步骤s3-2处理后的陶瓷壳体浸泡于敏化液中10～25min进行敏化处理，敏化后再将陶瓷壳体置于流动的去离子水下冲洗20～30s；
22、s3-4将步骤s3-3处理后的陶瓷壳体浸泡于活化液中15～25min进行活化处理，活化后再将陶瓷壳体置于流动的去离子水下冲洗20～30s；接着，再将得到的陶瓷壳体放入浓度为18～30g/l的nah2po2溶液中，还原3～8min；
23、s3-5将步骤s3-4处理后的陶瓷壳体置于镀液中，并在60～80℃的温度下进行化学镀；在化学镀的过程中，匀速搅拌镀液，施镀时间为20～40min；
24、s3-6镀镍完成后将陶瓷壳体取出洗净，并在180～250℃下保温40～60min，随炉冷却即可。
25、作为本发明的进一步优选，步骤s4中，所述铁基金属液为65mn弹簧钢液；
26、所述铸造具体为重力铸造，所采用的浇注温度为1600～1700℃；或者，所述铸造具体为真空吸铸，所采用的浇注温度为1550～1650℃，所用负压为-0.05～-0.1mpa。
27、作为本发明的进一步优选，步骤s4中，所述陶瓷壳体被浇注之前预先在1200℃以上保温30～60min；
28、所述控温凝固与保温处理具体是在浇注完成后先将制件按预设速率进行降温，并且在1600～1200℃区间内，每降低100℃～200℃后保温1～2h，直到温度降至700～800℃，最后随炉冷却至室温；所述预设速率具体为1～2℃/min。
29、通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明是通过粘结剂喷射成型技术，快速直接制备陶瓷壳体，再通过中间层涂覆改善陶瓷与金属的润湿性，结合铸造技术，实现陶瓷/金属零件的一体化成型。本发明得到的具有陶瓷/金属界面结合的铸件，具有良好的界面结合。
30、本发明方法适用于复杂构件，只要能够形成可浇注的空心陶瓷壳体即可，适用于各种具有复杂内腔与流道形状的复杂零件。并且，本发明通过粘结剂喷射成型技术实现3d打印，一方面，粘结剂喷射成型得到的成型结构无需支撑，打印的壳体材料形状更为自由，适用于复杂结构；另一方面，粘结剂喷射成型制备的陶瓷较高的开气孔率也为金属向陶瓷壳体的熔渗提供了便利。不同于本发明发明人所在课题组前期报道的基于分层挤出成形的陶瓷/金属一体化零件的铸造方法(详见中国专利zl 201910691963.3)，本发明方法所采用的粘结剂喷射成型技术在成型陶瓷外壳方面具备更大的技术柔性，可以无需支撑，更为自由的设计陶瓷壳体，能够制备大尺寸零件。并且，本发明使用的浸涂及化学镀等中间层制备方式更适用于复杂的陶瓷内部腔体，具备更大的技术应用潜力。
31、具体说来，本发明能够取得以下有益效果：
32、(1)本发明方法通过粘结剂喷射成型技术，突破现有陶瓷/金属制件的设计极限，可以成形任意复杂的陶瓷壳体并结合中间层制备与金属液浇注，实现陶瓷/金属制件的一体化成型，工艺过程简单，可操作性强。
33、(2)本发明方法基于真空浸涂涂料或化学镀，在陶瓷(如，氧化铝陶瓷)表面制备中间过渡层(即，中间层)，可在复杂的内腔流道表面涂覆过渡层，涂层均匀，结合良好，且涂层所选用粉体可优选为镍粉、铬粉、钛粉等熔点在1400～1800℃的金属，具有普适性，可满足陶瓷表面制备金属、陶瓷等涂层的需求。
34、(3)本发明方法适用于重力铸造、真空吸铸等各类铸造方式，可根据实际需求灵活选择。例如，真空吸铸等低压铸造方式可尤其适用于壁厚不超过1mm的陶瓷/金属薄壁件，重力铸造可适用于对壁厚没有要求的普通陶瓷/金属铸件。
1.一种基于粘结剂喷射成型的陶瓷/金属界面结合方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述基于粘结剂喷射成型的陶瓷/金属界面结合方法，其特征在于，步骤s2具体是将待打印的陶瓷粉体与烧结助剂mno2预先混合，然后对得到的混合物采用粘结剂喷射成型技术进行3d打印制造得到初坯的；其中，烧结助剂mno2在混合物中的质量占比为6％～10％，烧结助剂与陶瓷粉体的粒度均在500～2000目之间；优选的，所述陶瓷粉体为氧化铝陶瓷粉体；
3.如权利要求1所述基于粘结剂喷射成型的陶瓷/金属界面结合方法，其特征在于，步骤s3具体是使用真空浸涂涂料的方式，所述涂料为骨料与涂料粘结剂的混合物；其中，所述涂料粘结剂为20～40wt％固含量的硅溶胶；所述骨料为金属单质粉体，粒度在1000～1200目，且金属单质的熔点为1400～1800℃；所述涂料中骨料的质量百分占比为40～60％；优选的，所述金属单质粉体为镍粉、铬粉或钛粉；
4.如权利要求1所述基于粘结剂喷射成型的陶瓷/金属界面结合方法，其特征在于，步骤s3具体是使用化学镀镍的方式，相应得到的中间层为金属镍层；
5.如权利要求1所述基于粘结剂喷射成型的陶瓷/金属界面结合方法，其特征在于，步骤s4中，所述铁基金属液为65mn弹簧钢液；
6.如权利要求1所述基于粘结剂喷射成型的陶瓷/金属界面结合方法，其特征在于，步骤s4中，所述陶瓷壳体被浇注之前预先在1200℃以上保温30～60min；
