專利名稱：高熵合金粘結(jié)劑與復(fù)合碳化物燒結(jié)的硬質(zhì)合金及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)合金及其制作方法，尤其是涉及一種以復(fù)合碳化物為硬質(zhì)相、以多元高熵合金為粘結(jié)相所配制而成的高熵合金粘結(jié)劑與復(fù)合碳化物燒結(jié)的硬質(zhì)合金及其制作方法。
背景技術(shù)：
硬質(zhì)合金是一種相當(dāng)成功的復(fù)合材料，它結(jié)合了陶瓷材料的高強度以及金屬材料的韌性，成為具有高硬度且具有適當(dāng)韌性的材料，另外其耐磨性耐溫性表現(xiàn)亦十分優(yōu)異，被工業(yè)界廣泛地使用，主要的應(yīng)用范圍有切削、壓型模具、耐磨元件、高溫工具等。
目前以碳化物的超硬合金為主，其中又以WC基及TiC基硬質(zhì)合金占大多數(shù)。WC硬質(zhì)合金的結(jié)合劑以鈷為主，而TiC硬質(zhì)合金的結(jié)合劑以鎳為主。由于WC硬質(zhì)合金的韌性優(yōu)于TiC硬質(zhì)合金，故其應(yīng)用較為廣泛，但W及Co價格甚高且為戰(zhàn)略物資，另外由于各種零部件的需求量與日俱增，為了增加生產(chǎn)率及降低成本，高速切削加工已成為主要的發(fā)展趨勢，而在精密及高速切削上TiC瓷金因具較WC好的耐溫性，因此TiC硬質(zhì)合金在工業(yè)應(yīng)用仍然具一定地位。近年來，為了提高硬質(zhì)合金的硬度和強度而向硬質(zhì)相和粘結(jié)相中添加適量的復(fù)合成分，如TiC硬質(zhì)合金中加入WC、VC、TaC、Mo2C等，而以鈷和鎳為主的粘結(jié)相則添加適量的Mo、Ti、Al等。不過這些添加成分都是極其少量的，未能改變單一主元素的局限性。
高熵合金是無單一主元素的合金，由5至10種合金元素組成，每種元素的含量摩爾百分比在5％至35％之間。它是傳統(tǒng)合金以外的新合金領(lǐng)域，在合金設(shè)計上有更大的自由度，由于多主元素的高熵效應(yīng)，其相的種類反而趨向簡單的固溶體，而多元素造成的擴散遲緩效應(yīng)，使得固相析出物趨向納米結(jié)構(gòu)；高熵合金常具有特殊的性質(zhì)包括高硬度、耐腐蝕、耐氧化、及高溫析出硬化等。由于高熵合金的特殊性質(zhì)，本發(fā)明把高熵合金作為硬質(zhì)合金的粘結(jié)相與復(fù)合碳化物相燒結(jié)成硬質(zhì)合金。
中國專利申請03124741.5公開了一種硬質(zhì)合金復(fù)合材料，該發(fā)明包括硬質(zhì)合金基體，該硬質(zhì)合金基體表面復(fù)合有顆粒硬度更高且分布均勻的硬質(zhì)合金顆粒層，所述硬質(zhì)合金顆粒的質(zhì)量百分比成分是，Co為0-3％，WC為97-100％。該發(fā)明所用W及Co價格甚高且為戰(zhàn)略物資，且有單一主元素的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，本發(fā)明提供一種以復(fù)合碳化物為硬質(zhì)相、以多元高熵合金為粘結(jié)相所配制而成的高熵合金粘結(jié)劑與復(fù)合碳化物燒結(jié)的硬質(zhì)合金及其制作方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種高熵合金粘結(jié)劑與復(fù)合碳化物燒結(jié)的硬質(zhì)合金，包括粘結(jié)相和硬質(zhì)相，所述粘結(jié)相采用多元高熵合金，該粘結(jié)相所含有的主要金屬元素包括鐵、鈷、鎳、鉻、鋁、鈦、釩、銅、鋯、鉬、錳，所述硬質(zhì)相采用復(fù)合碳化物，該復(fù)合碳化物硬質(zhì)相所含有的主要碳化物包括TiC、VC、ZrC、WC、B4C、SiC、TaC、Mo2C，該硬質(zhì)相包括其中的至少二種至多四種復(fù)合碳化物，每一種碳化物占該復(fù)合碳化物重量的百分數(shù)介于5％至90％之間。
所述硬質(zhì)相中包括添加次要超硬化合物，該次要超硬化合物還包括氮化物或硼化物，該次要超硬化合物的重量占硬質(zhì)相總量的百分數(shù)至多為wt 5％。
上述一種高熵合金粘結(jié)劑與復(fù)合碳化物燒結(jié)的硬質(zhì)合金的制作方法，稱取復(fù)合碳化物和粘結(jié)相的金屬粉末在球磨筒內(nèi)進行混合，接著把球磨筒放入球磨機內(nèi)進行至少10小時的高能球磨，然后向球磨筒中添加1-2wt％的石蠟作為潤濕劑和粘結(jié)劑，再進行至少5小時的低能球磨；卸料與干燥后壓制成圓胚，然后是脫酯和燒結(jié)，脫酯是在真空爐中在氬氫混合氣氛下在400℃下進行，經(jīng)過脫酯處理后即可在真空條件下在1350℃-1500℃進行燒結(jié)，最后制得成品。
本發(fā)明的積極效果是依不同粘結(jié)相和不同復(fù)合碳化物硬質(zhì)相，其硬度由1450HV至1950HV變化；斷裂韌性KIC在8至15MNm-1.5之間；在700℃的溫度下，其硬度仍然在700HV以上。具有硬度高、韌性好和耐溫性優(yōu)異的特點。
具體實施方式
實施例1取鋁、鈷、鉻、銅、鐵、鎳等六種金屬元素，其摩爾數(shù)比為0.5∶1∶1∶1∶1∶1，其總重量約40克。取碳化鈦108克和碳化鎢12克。把金屬元素粉末與兩種碳化物粉末在球磨筒內(nèi)混合，接著把球磨筒放入球磨機內(nèi)進行12小時的高能球磨。然后向球磨筒中添加1.5wt％的石蠟作為潤濕劑和粘結(jié)劑，再進行6小時的低能球磨。卸料與干燥后壓制成φ12mm×5mm的圓胚。最后是脫酯和燒結(jié)。脫酯是在真空爐中在氬氫混合氣氛下在400℃下進行。經(jīng)過脫酯處理后即可在真空條件下在1400℃進行燒結(jié)。并測量其性能。
實施例2至7重復(fù)實施例1的制造步驟，但將粘結(jié)相的組成元素和復(fù)合碳化物的成分改變?nèi)绫硪恢杏操|(zhì)合金編號2至7所示的組成。
表一硬質(zhì)合金組成(復(fù)合碳化物硬質(zhì)相與高熵合金粘結(jié)劑元素粉末重量比為4∶1)
利用維氏硬度計量測了硬質(zhì)合金樣品編號1至7所有試片的硬度值。量測時所加負荷為5kgf，負荷時間為10秒。每個試片均測量七個不同的位置硬度值，以中間五個平均值作為此試片的硬度。其結(jié)果如表二所示。
斷裂韌性(KIC)是由維氏硬度量測的裂痕長度(I)計算得到。計算公式如下KIC=0.15(HVΣI)1/2]]>利用上公式計算的KIC如表二所示。
表二硬質(zhì)合金的硬度及斷裂韌性實測值
綜上所述，多元高熵合金是很好的硬質(zhì)合金粘結(jié)劑，其與復(fù)合碳化物硬質(zhì)相具有極好的濕潤性。本發(fā)明的硬質(zhì)合金比普通硬質(zhì)合金具有更高的常溫硬度和高溫硬度并且斷裂韌性好。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，舉凡依本發(fā)明所作的各種修飾與變化，均為本發(fā)明所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種高熵合金粘結(jié)劑與復(fù)合碳化物燒結(jié)的硬質(zhì)合金，包括粘結(jié)相和硬質(zhì)相，其特征是所述粘結(jié)相采用多元高熵合金，該粘結(jié)相所含有的主要金屬元素包括鐵、鈷、鎳、鉻、鋁、鈦、釩、銅、鋯、鉬、錳，所述硬質(zhì)相采用復(fù)合碳化物，該復(fù)合碳化物硬質(zhì)相所含有的主要碳化物包括TiC、VC、ZrC、WC、B4C、SiC、TaC、Mo2C，該硬質(zhì)相包括其中的至少二種至多四種復(fù)合碳化物，每一種碳化物占該復(fù)合碳化物重量的百分數(shù)介于5％至90％之間。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高熵合金粘結(jié)劑與復(fù)合碳化物燒結(jié)的硬質(zhì)合金，其特征是所述硬質(zhì)相中包括添加次要超硬化合物，該次要超硬化合物還包括氮化物或硼化物，該次要超硬化合物的重量占硬質(zhì)相總量的百分數(shù)至多為wt5％。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高熵合金粘結(jié)劑與復(fù)合碳化物燒結(jié)的硬質(zhì)合金的制作方法，其特征是稱取復(fù)合碳化物和粘結(jié)相的金屬粉末在球磨筒內(nèi)進行混合，接著把球磨筒放入球磨機內(nèi)進行至少10小時的高能球磨，然后向球磨筒中添加1-2wt％的石蠟作為潤濕劑和粘結(jié)劑，再進行至少5小時的低能球磨；卸料與干燥后壓制成圓胚，然后是脫酯和燒結(jié)，脫酯是在真空爐中在氬氫混合氣氛下在400℃下進行，經(jīng)過脫酯處理后，即可在真空條件下在1350℃-1500℃進行燒結(jié)，最后制得成品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高熵合金粘結(jié)劑與復(fù)合碳化物燒結(jié)的硬質(zhì)合金及其制作方法，采用多元高熵合金粉末粘結(jié)相與復(fù)合數(shù)種碳化物燒結(jié)，該粘結(jié)相為含有5至1 0種主要金屬元素，且每一種主要金屬元素在粘結(jié)相中的原子百分含量介于5％至30％之間；碳化物硬質(zhì)基為含有2種至4種的超硬碳化物組成，每種碳化物在碳化物基中的含量介于5％至90％之間。本發(fā)明具有高硬度、高韌性和高耐熱性的優(yōu)點。
文檔編號B22F3/10GK1827817SQ20061003498
公開日2006年9月6日 申請日期2006年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月14日
發(fā)明者黃元盛 申請人:韶關(guān)學(xué)院