專利名稱：一種硬質(zhì)合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)合金，尤其是一種用于飲用水系統(tǒng)的耐腐蝕硬質(zhì)合金材質(zhì)及其制備方法。
背景技術(shù)：
對于耐腐蝕硬質(zhì)合金材質(zhì)的開發(fā)有很多，如現(xiàn)有技術(shù)一申請日為1989. 12.20，申請人為上海工業(yè)大學(xué)，發(fā)明人為隋永江；王興慶；何寶山；余忠蓀，專利號為CN89109499. 7，公開了一種用于制造耐腐蝕機(jī)械密封件的摩擦副及其它耐磨蝕耐磨損零件的材料，該材料是在WC-Ni合金基礎(chǔ)上添加稀土金屬Ce、La構(gòu)成 WC_Ni_ (Ce+La)系 硬質(zhì)合金，在酸性和堿性介質(zhì)中均有良好的耐腐蝕性和耐磨性?，F(xiàn)有技術(shù)二申請日為1989. 12. 20，申請人為上海材料研究所，發(fā)明人為林春芳；杜玉國；孫丹；劉瑩華；陳蓓瑾，專利號為CN201110338775. 6，公開了一種分離機(jī)用耐磨耐腐蝕硬質(zhì)合金材料及其制備方法，該硬質(zhì)合金材料由以下組分及重量份含量組成碳化鶴WC :85-92、鎳Ni :7_10、鉻Cr 1-2、鈷Co :1-2、鈰-鈷合金Ce-Co :0. 05-0. 5，該材料具有耐磨、耐腐蝕，強(qiáng)度高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)三申請日為.2011. 10. 21，申請人為四川科力特硬質(zhì)合金股份有限公司，發(fā)明人為蘇華；楊劍忠；谷畝；張曉艷，專利號為CN201110323031.7，公開的一種添加Mo、Cr等金屬元素的碳化物，含有如下重量百分比的成分Ni 7. 3% 7. 7%,Cr3C2 O. 6% I. 0%、Mo O. 3% O. 7%、WC粉余量，解決現(xiàn)有鎳基耐海水腐蝕合金存在硬度和耐磨性不高、生產(chǎn)成本高、性價(jià)比低等技術(shù)問題。硬質(zhì)合金使用領(lǐng)域較廣，并以其耐腐蝕性能而逐步應(yīng)用于城市飲用水輸送系統(tǒng)中，為了保證公眾的健康，要求硬質(zhì)合金材質(zhì)除需要具有良好的耐水中長時(shí)間浸泡腐蝕性能及耐磨性能外，還必須滿足在水中的元素微小析出量的嚴(yán)格要求。國際上公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)是英國標(biāo)準(zhǔn)BS6920-1:2000以及BS6920-2. 6:2000，即硬質(zhì)合金產(chǎn)品(表面積15000mm2)在水中6次浸泡24小時(shí)后，合金中Ni元素的析出量< 20 μ g/L。上述三種現(xiàn)有技術(shù)涉及的材質(zhì)所生產(chǎn)的產(chǎn)品都具備一定的耐腐蝕能力。但是，這些材質(zhì)一般只適合生產(chǎn)機(jī)械密封件、摩擦副等產(chǎn)品，其使用過程只要求能夠降低產(chǎn)品因受到腐蝕而增加的磨損量，還無法滿足產(chǎn)品元素析出量的嚴(yán)格要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種耐磨、耐水中浸泡腐蝕性能好，元素析出量符合標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)過程工藝簡單，成本低的應(yīng)用于飲用水系統(tǒng)中的硬質(zhì)合金的新材質(zhì)及其制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明硬質(zhì)合金由硬質(zhì)相WC、粘結(jié)相Ni作為基體，以Cr及Cr3C2復(fù)合添加于基體形成W-Ni-Cr系硬質(zhì)合金。其硬質(zhì)合金混合料各組分重量百分比組成如下粘結(jié)相Ni粉含量9-10%，金屬元素Cr粉含量O. 8-1. 2%，Cr3C2粉含量O. 2-0. 3%，其余為WC粉；
上述硬質(zhì)合金混合料各組分重量百分比組成優(yōu)選為粘結(jié)相Ni粉含量9-10%，金屬元素Cr粉含量O. 96-1. 2%，Cr3C2粉含量O. 24-0. 3%，其余為WC粉；
上述基體材料WC粉費(fèi)氏粒度I. 0-1. 2 μ m,粘結(jié)相Ni粉經(jīng)400目過篩、鉻粉經(jīng)320目過篩，碳化鉻粉經(jīng)400目篩網(wǎng)過篩。按上述重量配比后，通過粉末冶金方法獲得細(xì)晶粒硬質(zhì)合金的重量百分比為Ni為9. O % 10. 0%，Cr元素總添加量I. O % L 5%，WC余量且WC平均晶粒度O. 6-0. 8 μ m ;Ni為9. O % 10. 0%，Cr元素總添加量I. O % I. 5%，WC余量且WC平均晶粒度 O. 6-0. 8 μ m ;優(yōu)選為Ni為9. O % 10. 0%，Cr元素總添加量I. 2 % I. 5%，WC余量且WC平均晶粒度O. 6-0. 8 μ m ;
本發(fā)明由于采用了 Cr及Cr3C2復(fù)合添加方式獲得W-Ni-Cr系硬質(zhì)合金，避免了因單純添加Cr金屬或單純添加Cr3C2，合金產(chǎn)生的缺陷。Cr在Ni和WC中均存在固溶度范圍，其中在Ni中的理論最大固溶度為9wt%，在WC中的理論最大固溶度為I. 5mol%,當(dāng)單獨(dú)添加Cr金屬超過體系最大固溶度后，易出現(xiàn)(W，Cr)C相，導(dǎo)致產(chǎn)品強(qiáng)度下降，耐腐蝕能力降低；當(dāng)單獨(dú)過量添加了 Cr3C2后，合金組織易出現(xiàn)滲碳。本發(fā)明通過合適的成分配比，能抑制WC晶粒的聚集再結(jié)晶長大，合金的晶粒細(xì)化；且Cr及Cr3C2復(fù)合添加方式，使產(chǎn)品滲碳和或脫碳缺陷得到改善，強(qiáng)化了粘結(jié)相Ni和硬質(zhì)相WC的耐腐蝕能力。從而使合金的硬度和抗彎強(qiáng)度、耐腐蝕性能都得到提高。本發(fā)明將金屬Cr粉末進(jìn)行320目篩分，其余進(jìn)行破碎后篩分使用，解決了鉻粉過粗導(dǎo)致合金產(chǎn)品孔隙度偏高、強(qiáng)度偏低問題；同時(shí)還解決了 -300目以上Cr粉價(jià)格昂貴增加成本問題，無需增加原材料投資。本發(fā)明所制備的超細(xì)硬質(zhì)合金，平均晶粒度O. 6-0. 8 μ m的，硬度HRA90-93，抗彎強(qiáng)度彡2400MPa，在水中6次浸泡24小時(shí)后(合金表面積15000mm2)，合金中Ni元素的析出量< 20 μ g/L，同時(shí)可以控制W元素的析出量< 50 μ g/L，即本發(fā)明的合金產(chǎn)品具有優(yōu)良的耐磨性和耐腐蝕性的結(jié)合，解決了硬質(zhì)合金產(chǎn)品在飲用水系統(tǒng)使用過程中因耐磨性差和耐腐蝕性差而出現(xiàn)金屬析出量過高的問題，可以滿足長期經(jīng)受水流沖刷，元素析出量低的需求。


圖I是圖I為實(shí)施例I合金的斷面背散射電子掃描照片，放大倍率為20000倍，灰色襯度相為WC顆粒，黑色襯度相為粘結(jié)相Ni (含有固溶的Cr和W元素)。圖2是本發(fā)明制備的合金制品，根據(jù)英國標(biāo)準(zhǔn)——BS6920-1:2000以及BS6920-2. 6:2000，經(jīng)在自來水中浸泡后，表面積為15000m2的合金產(chǎn)品中Ni元素(圖中符號■)的析出量分布圖和W元素(圖中符號▲)的析出量分布圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。但不應(yīng)將此理解為發(fā)明的上述主題的范圍僅限于下述實(shí)施例。
實(shí)施例I
一種用于飲用水系統(tǒng)的耐腐蝕硬質(zhì)合金材質(zhì)及其制備方法，包括如下步驟(I)配料、球磨按照配比將費(fèi)氏粒度1·0-1·2μπι的碳化鎢粉末、-400目鎳粉、-320目鉻粉及-400目碳化鉻粉末、助磨劑、己烷介質(zhì)投入球磨機(jī)滾動(dòng)球磨，球磨時(shí)間36小時(shí)；球磨結(jié)束前2小時(shí)，加入熔融狀態(tài)的石蠟成型劑。配比重量份為
球磨料碳化鎢粉89. 8份、鎳粉9份、鉻粉O. 96份、碳化鉻粉O. 24份；
成型劑、助磨劑石蠟成型劑2份、硬脂酸助磨劑O. I份；
己烷每千克球磨料添加己烷320ml。

(2)干燥、制粒將球磨料經(jīng)-300目過篩，干燥，噴霧制粒，得到硬質(zhì)合金壓制混合料；
(3)壓制混合料經(jīng)壓制成型，獲得具有一定強(qiáng)度的半成品；
(4)燒結(jié)將半成品在氫氣載氣脫臘——低壓燒結(jié)一體爐脫除成型劑和高溫壓力燒結(jié)，燒結(jié)溫度1500°C，保溫時(shí)間70分鐘。最高壓力5Mpa ;獲得致密的硬質(zhì)合金制品。硬質(zhì)合金制品的重量百分比為Ni 9. 0%，Crl. 2%，WC余量。(5)精加工獲得尺寸精度與表面粗糙度符合工藝要求的硬質(zhì)合金最終產(chǎn)品。實(shí)施例I所制備硬質(zhì)合金性能為硬度HRA91、3，抗彎強(qiáng)度2450MPa，孔隙度A04B00C00。合金的斷面背散射電子掃描照片見圖1，WC的晶粒度基本在I μ m以下，平均晶粒度O. 8 μ m。在水中6次浸泡24小時(shí)后(合金表面積15000mm2)，合金中Ni元素的析出量9 μ g/L，W元素的析出量28 μ g/L。具體見圖2。實(shí)施例2
一種用于飲用水系統(tǒng)的耐腐蝕硬質(zhì)合金材質(zhì)及其制備方法，其與實(shí)施例I除下述步驟夕卜，均相同
(I)配料、球磨按照配比將費(fèi)氏粒度1·0-1·2μπι的碳化鎢粉末、-400目鎳粉、-320目鉻粉及-400目碳化鉻粉末、助磨劑、己烷介質(zhì)投入球磨機(jī)滾動(dòng)球磨，球磨時(shí)間48小時(shí)；球磨結(jié)束前2小時(shí)，加入熔融狀態(tài)的石蠟成型劑。配比重量份為
球磨料碳化鎢粉88. 5份、鎳粉10份、鉻粉I. 2份、碳化鉻粉O. 3份；
(4)燒結(jié)將半成品在氫氣載氣脫臘——低壓燒結(jié)一體爐脫除成型劑和高溫壓力燒結(jié)，燒結(jié)溫度1460°C，90分鐘，最高壓力5Mpa。獲得致密的硬質(zhì)合金制品。硬質(zhì)合金制品的重量百分比為Ni 10%, Crl. 5%，WC余量。所制備硬質(zhì)合金性能為硬度HRA90. Γ91. 5，抗彎強(qiáng)度2550MPa，孔隙度A02B00C00，平均晶粒度O. 6 μ m ;在水中6次浸泡24小時(shí)后(合金表面積15000mm2)，合金中Ni元素的析出量17 μ g/L, W元素的析出量35 μ g/L。采用本發(fā)明方法制備的硬質(zhì)合金，生產(chǎn)過程工藝簡單，成本低，耐磨、耐水中浸泡腐蝕性能好，元素析出量符合標(biāo)準(zhǔn)，是一種較佳的飲用水系統(tǒng)用硬質(zhì)合金新材質(zhì)。在不脫離本發(fā)明的精神和基本特征的情況下，本發(fā)明可以具體化為其他具體的形式。因此本發(fā)明的實(shí)例可以認(rèn)為在所有方面均是說明性和沒有限制性的，由附加的權(quán)利要求所表明的本發(fā)明范圍勝于 上述說明書的范圍，因此在其內(nèi)涵和權(quán)利要求等效范圍之內(nèi)的所有變化均包含在其所要求保護(hù)的范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種硬質(zhì)合金，其特征在于按照如下重量百分比的組分進(jìn)行混合料配比 Ni 粉 9. O %-10. 0% , Cr 粉 0. 8 %-1. 2% , Cr3C2 粉 0. 2 %-0. 3%， WC粉余量。
2.如權(quán)利要求I所述的硬質(zhì)合金，其特征在于按照如下重量百分比的組分進(jìn)行混合料配比 Ni 粉 9. 0 %-10. 0% , Cr 粉 0. 96 %-1. 2% , Cr3C2 粉 0. 24 %-0. 3%， WC粉余量。
3.如權(quán)利要求I或2所述的硬質(zhì)合金，其特征在于 所述WC粉費(fèi)氏粒度I. 0-1. 2 Um0
4.如權(quán)利要求I或2所述的硬質(zhì)合金，其特征在于 所述Cr粉經(jīng)320目篩網(wǎng)過篩。
5.一種硬質(zhì)合金，其特征在于所述合金的重量百分比組分如下 Ni 9. 0 %-10. 0% , Cr I. 0 %-1. 5% ,WC 余量，晶粒度0.6-0. 8 iim。
6.一種硬質(zhì)合金，其特征在于所述合金的重量百分比組分如下 Ni 9. 0 %-10. 0% , Cr I. 2 %-1. 5% ,WC 余量，晶粒度0.6-0. 8 iim。
7.—種如權(quán)利要求5或6所述的硬質(zhì)合金的制備方法，包括如下步驟 配料、球磨按照配比將WC、Ni、Cr、Cr3C2原料粉末投入球磨機(jī)進(jìn)行球磨，球磨時(shí)間36-48小時(shí)； (2)干燥、制粒將球磨后的混合料過篩、干燥、制粒得到硬質(zhì)合金混合料； (3)壓制混合料經(jīng)壓制成型，獲得具有一定強(qiáng)度的半成品； (4)燒結(jié)半成品燒結(jié)，燒結(jié)溫度1460-1500°C，保溫時(shí)間70-90分鐘，獲得致密的硬質(zhì)合金制品。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硬質(zhì)合金新材質(zhì)及其制備方法，混合料重量百分比配比為Ni粉9.0%-10.0%，Cr粉0.8%-1.2%，Cr3C2粉0.2%-0.3%，WC粉余量。采用上述配比的硬質(zhì)合金混合料，Cr及Cr3C2復(fù)合添加方式，使產(chǎn)品滲碳和或脫碳缺陷得到改善，強(qiáng)化了粘結(jié)相Ni和硬質(zhì)相WC的耐腐蝕能力，且合金的晶粒細(xì)化。合金的硬度、耐磨性、耐腐蝕性能都得到提高。采用本發(fā)明方法制備的硬質(zhì)合金產(chǎn)品，可以滿足長期經(jīng)受水流沖刷，金屬元素析出量低的需求。
文檔編號C22C29/08GK102766796SQ20121025522
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者時(shí)凱華 申請人:自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司