一種高性能WC-Co納米晶硬質(zhì)合金的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高性能WC-Co納米晶硬質(zhì)合金的制備方法，是以納米碳化鎢（WC）粉、超細(xì)鈷（Co）粉、超細(xì)碳化釩（VC）粉和超細(xì)碳化鉻（Cr3C2）粉作為原料粉，利用酒精濕磨工藝，經(jīng)真空燒結(jié)與熱等靜壓燒結(jié)，制備出WC-Co納米晶硬質(zhì)合金，采用上述方法制備出的納米晶硬質(zhì)合金，WC晶粒組織完善且清晰可見(jiàn)，采用ISO4499-2規(guī)定的方法測(cè)量計(jì)算200顆以上WC晶粒取平均值，計(jì)算得到WC平均晶粒小于150nm，硬度HV30為1900以上、強(qiáng)度TRS為4000MPa以上、金相組織為A02B00C00。具有工藝簡(jiǎn)單，過(guò)程控制簡(jiǎn)便，生產(chǎn)成本低，制備出的納米晶硬質(zhì)合金致密化程度高，性能優(yōu)異的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】—種高性能WC-Co納米晶硬質(zhì)合金的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及硬質(zhì)合金材料制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種高性能WC-C0納米晶硬質(zhì)合金的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]圍繞細(xì)化晶粒，制取超細(xì)及納米結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的研究開(kāi)發(fā)，是當(dāng)今世界硬質(zhì)合金【技術(shù)領(lǐng)域】中的一大熱點(diǎn)。目前實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的硬質(zhì)合金最細(xì)晶粒為0.2μπι。
[0003]納米硬質(zhì)合金制備過(guò)程中，采用高質(zhì)量納米原料粉末是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。納米粉體的制備方法很多，理論上說(shuō)，任何能制造精細(xì)晶粒尺寸多晶體的方法都可以用來(lái)制造納米粉體。實(shí)驗(yàn)室通常采用機(jī)械合金化法、固定床反應(yīng)法、噴霧干燥-流化床法等來(lái)制備納米WC粉或WC-Co復(fù)合粉末，但因?yàn)槿菀滓腚s質(zhì)、或工藝過(guò)于復(fù)雜、或受設(shè)備限制，可以工業(yè)化生產(chǎn)復(fù)合粉的只有噴霧干燥-流化床法，這種方法的缺陷是不能自由配Co，造成合金成分單一。
[0004]對(duì)納米硬質(zhì)合金坯材來(lái)說(shuō)，燒結(jié)工序?qū)Q定合金質(zhì)量的優(yōu)劣。由于納米原料粉末系統(tǒng)具有非常大的表面能，在傳統(tǒng)液相燒結(jié)過(guò)程中，為減少系統(tǒng)表面能，WC晶粒將迅速長(zhǎng)大，因此許多學(xué)者研究了納米硬質(zhì)合金的微波燒結(jié)、快速熱壓燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)等燒結(jié)技術(shù)，目的是加快燒結(jié)速率，縮短燒結(jié)時(shí)間，降低燒結(jié)溫度，以控制WC晶粒的長(zhǎng)大，但這將導(dǎo)致燒結(jié)過(guò)程不夠充分、合金晶粒發(fā)育不夠完善，無(wú)法實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種高性能WC-Co納米晶硬質(zhì)合金的制備方法，是以納米WC粉、超細(xì)Co`粉、VC粉和Cr3C2粉作為原料粉，利用酒精濕磨工藝，經(jīng)真空燒結(jié)與熱等靜壓燒結(jié)，從而制備出晶粒度小于150納米的高性能納米晶硬質(zhì)合金，具有工藝簡(jiǎn)單，過(guò)程控制簡(jiǎn)便，生產(chǎn)成本低，制備出的納米晶硬質(zhì)合金致密化程度高，性能優(yōu)異的特點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種高性能WC-Co納米晶硬質(zhì)合金的制備方法，包括如下步驟:
[0007]Α.混合料制取步驟；該步驟是選用平均粒度小于400nm的WC粉、平均粒度小于1.5um的Co粉、平均粒度小于1.5um的VC粉和平均粒度小于1.5um的Cr3C2粉為原料，其中，Co粉占總原料的3wt%~30wt%，VC粉占總原料的Owt%~2.0wt%, Cr3C2粉占總原料的Owt%~2.0wt%,余量為WC粉；并外加石蠟做成形劑，且石蠟的添加量為所述總原料的
0.5wt%~3.5wt% ;然后，以無(wú)水酒精作介質(zhì)在滾動(dòng)式球磨機(jī)中進(jìn)行濕磨，硬質(zhì)合金研磨球與固體原料的球料比為2:1~10:1，無(wú)水酒精與固體原料的液固比為100~600mL/kg ;球磨30~120小時(shí)后進(jìn)行真空干燥制備成混合料；
[0008]B.壓制步驟；將上一步驟制成的混合料壓制成壓坯；其中，壓制壓力為100~250MPa ；[0009]C.燒結(jié)步驟；將上一步驟制成的壓坯燒結(jié)成WC-Co納米晶硬質(zhì)合金。
[0010]進(jìn)一步的，所述混合料制取步驟還包括將混合料過(guò)80目篩網(wǎng)。
[0011]進(jìn)一步的，在混合料過(guò)80目篩網(wǎng)后，還包括將混合料放入制粒機(jī)中滾動(dòng)3~15分鐘進(jìn)行制粒處理。
[0012]所述的壓制步驟是將上一步驟制備好的混合料壓制成圓棒形壓坯。
[0013]所述的燒結(jié)步驟是先將壓制好的壓坯進(jìn)行真空燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1000~1400°C，保溫時(shí)間控制在0.5~2小時(shí)，然后再進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1200~1400°C，保溫時(shí)間控制在0.5~2小時(shí)，燒結(jié)壓力控制在50~200MPa。
[0014]本發(fā)明的一種高性能WC-Co納米晶硬質(zhì)合金的制備方法，是采用紫鎢原位還原法生產(chǎn)，以納米碳化鎢(WC)粉、超細(xì)鈷(Co)粉、超細(xì)碳化釩(VC)粉和超細(xì)碳化鉻(Cr3C2)粉作為原料粉，利用酒精濕磨工藝，經(jīng)真空燒結(jié)與熱等靜壓燒結(jié)，制備出WC-Co納米晶硬質(zhì)合金，采用上述方法制備出的納米晶硬質(zhì)合金，WC晶粒組織完善且清晰可見(jiàn)，采用IS04499-2規(guī)定的方法測(cè)量計(jì)算200顆以上WC晶粒取平均值，計(jì)算得到WC平均晶粒小于150nm，硬度HV30為1900以上、強(qiáng)度TRS為4000MPa以上、金相組織為A02B00C00。
[0015]本發(fā)明的有益效果是，由于采用了以納米碳化鎢(WC)粉、超細(xì)鈷(Co)粉、超細(xì)碳化釩(VC)粉和超細(xì)碳化鉻(Cr3C2)粉作為原料粉，并利用酒精濕磨工藝，經(jīng)真空燒結(jié)與熱等靜壓燒結(jié)，來(lái)制備出WC-Co納米晶硬質(zhì)合金，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下有益效果:
[0016]實(shí)驗(yàn)室制備納米硬質(zhì)合金方法基本為:采用機(jī)械合金法、熱化學(xué)合成法等制備納米WC或WC-Co復(fù)合粉，采用微波燒結(jié)、低溫?zé)釅簾Y(jié)、放電等離子燒結(jié)等工藝實(shí)現(xiàn)合金致密化，但這種快速燒結(jié)往往難以實(shí)現(xiàn)真正的合金致密化，組織結(jié)構(gòu)不佳，合金性能不高，不能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用；
[0017]本發(fā)明方法制備納米晶硬質(zhì)合金時(shí)，原料粉末均由工業(yè)化生產(chǎn)獲得，采用酒精石蠟濕磨、真空燒結(jié)與熱等靜壓燒結(jié)工藝，整個(gè)工藝技術(shù)路線緊湊、設(shè)備銜接緊密，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)。制備的納米晶硬質(zhì)合金致密化程度高，性能優(yōu)異，WC晶粒組織完善、清晰可見(jiàn)，WC晶粒尺寸小于150納米。具有工藝簡(jiǎn)單，過(guò)程控制簡(jiǎn)便，生產(chǎn)成本低，制備出的納米晶硬質(zhì)合金致密化程度高，性能優(yōu)異的特點(diǎn)。
[0018]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明；但本發(fā)明的一種高性能WC-Co納米晶硬質(zhì)合金的制備方法不局限于實(shí)施例。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是實(shí)施例一本發(fā)明的WC粉的掃描電鏡照片；
[0020]圖2是實(shí)施例一本發(fā)明的Co粉的掃描電鏡照片；
[0021]圖3是實(shí)施例一本發(fā)明的納米晶硬質(zhì)合金的掃描電鏡照片；
[0022]圖4是實(shí)施例二本發(fā)明的納米晶硬質(zhì)合金的掃描電鏡照片；
[0023]圖5是實(shí)施例三本發(fā)明的納米晶硬質(zhì)合金的掃描電鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0024]實(shí)施例一，
[0025]參見(jiàn)圖1至圖3所示，本發(fā)明的一種高性能WC-Co納米晶硬質(zhì)合金的制備方法，包括如下步驟:
[0026]A.混合料制取步驟:選用平均粒徑為70nm的WC (碳化鎢)粉(如圖1所示)，添加平均粒徑為0.Sum的Co (鈷)粉(如圖2所示)、平均粒徑I μ m的VC (碳化釩)粉和平均粒徑I μ m的Cr3C2 (碳化鉻)粉為原料，其中，Co粉占總原料的12wt%，VC粉占總原料的0.50wt%,Cr3C2粉總原料的0.5wt%，余量為納米WC粉，以上四種粉(WC粉、Co粉、VC粉和Cr3C2粉)構(gòu)成總原料；外加石蠟做成形劑，且石蠟的添加量為上述總原料的2wt% ;然后，以無(wú)水酒精作介質(zhì)在滾動(dòng)式球磨機(jī)中進(jìn)行濕磨混合,硬質(zhì)合金研磨球與固體原料的球料比為4:1，無(wú)水酒精與固體原料的液固比為300mL/kg ;球磨60小時(shí)后進(jìn)行真空干燥；過(guò)80目篩后,在制粒機(jī)中滾動(dòng)3分鐘制備成混合料；
[0027]B.壓制步驟:將上一步驟中制備好的混合料壓制成圓棒形壓坯，其中壓制壓力為150MPa ；
[0028]C.燒結(jié)步驟:將壓制好的壓坯進(jìn)行真空燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1250°C，保溫時(shí)間控制在I小時(shí)，再進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1350°C，保溫時(shí)間控制在0.5小時(shí)，燒結(jié)壓力控制在150MPa。
[0029]采用上述方法制備出納米晶硬質(zhì)合金，采用IS04499-2規(guī)定的方法測(cè)量計(jì)算得到WC平均晶粒131nm，見(jiàn)圖3，硬度HV30為2002、強(qiáng)度TRS為4172MPa、金相組織為A02B00C00。
[0030]實(shí)施例二，
[0031]參見(jiàn)圖4所示，本發(fā)明的一種高性能WC-Co納米晶硬質(zhì)合金的制備方法，包括如下步驟:
[0032]A.混合料制取步驟:選用平均粒徑為IOOnm的WC粉，添加平均粒徑為0.8um的Co粉、平均粒徑I μ m的VC粉末和平均粒徑I μ m的Cr3C2粉為原料，其中，Co粉占總原料的13wt%, VC粉占總原料的1.3wt%, Cr3C2粉總原料的0.9wt%，其余為納米WC粉；外加石蠟做成形劑，且石蠟的添加量為上述總原料的2wt% ;然后，以無(wú)水酒精作介質(zhì)在滾動(dòng)式球磨機(jī)中進(jìn)行濕磨混合，硬質(zhì)合金研磨球與固體原料的球料比為5.5:1，無(wú)水酒精與固體原料的液固比為350mL/kg ;球磨80小時(shí)后進(jìn)行真空干燥；過(guò)80目篩后，在制粒機(jī)中滾動(dòng)3分鐘制備成混合料；
[0033]B.壓制步驟:將上一步驟中制備好的混合料壓制成圓棒形壓坯，其中壓制壓力為180MPa ；
[0034]C.燒結(jié)步驟:將壓制好的壓坯進(jìn)行真空燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1280°C，保溫時(shí)間控制在0.5小時(shí)，再進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1340°C，保溫時(shí)間控制在I小時(shí)，燒結(jié)壓力控制在150MPa。
[0035]采用上述方法制備出納米晶硬質(zhì)合金，WC平均晶粒149nm，見(jiàn)圖4，硬度HV30為1920、強(qiáng)度 TRS 為 4015MPa、金相組織為 A02B00C00。
[0036]實(shí)施例三，
[0037]參見(jiàn)圖5所示，本發(fā)明的一種高性能WC-Co納米晶硬質(zhì)合金的制備方法，包括如下步驟:
[0038]A.混合料制取步驟:選用平均粒徑為200nm的WC粉末，添加平均粒徑為0.6um的Co粉、平均粒徑I μ m的VC粉末和平均粒徑I μ m的Cr3C2粉末為原料，其中，Co粉占總原料的10wt%，VC粉占總原料的0.45wt%, Cr3C2粉末總原料的0.6wt%,其余為納米WC粉；外加石蠟做成形劑，且石蠟的添加量為上述總原料的2wt% ;然后，以無(wú)水酒精作介質(zhì)在滾動(dòng)式球磨機(jī)中進(jìn)行濕磨混合，硬質(zhì)合金研磨球與固體原料的球料比為7:1，無(wú)水酒精與固體原料的液固比為400mL/kg ;球磨100小時(shí)后進(jìn)行真空干燥；過(guò)80目篩后,在制粒機(jī)中滾動(dòng)8分鐘制備成混合料；
[0039] B.壓制步驟:將上一步驟中制備好的混合料壓制成圓棒形壓坯，其中壓制壓力為200MPa ；
[0040]C.燒結(jié)步驟:將壓制好的壓坯進(jìn)行真空燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1280°C，保溫時(shí)間控制在I小時(shí)，再進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1350°C，保溫時(shí)間控制在I小時(shí)，燒結(jié)壓力控制在120MPa。
[0041]采用上述方法制備出納米晶硬質(zhì)合金，WC平均晶粒152nm，見(jiàn)圖5，硬度HV30為2058、強(qiáng)度 TRS 為 4018MPa、金相組織為 A02B00C00。
[0042]本發(fā)明的一種高性能WC-Co納米晶硬質(zhì)合金的制備方法，是采用紫鎢原位還原法生產(chǎn)，以納米碳化鎢(WC)粉、超細(xì)鈷(Co)粉、超細(xì)碳化釩(VC)粉和超細(xì)碳化鉻(Cr3C2)粉作為原料粉，利用酒精濕磨工藝，經(jīng)真空燒結(jié)與熱等靜壓燒結(jié)，制備出WC-Co納米晶硬質(zhì)合金，采用上述方法制備出的納米晶硬質(zhì)合金，WC晶粒組織完善且清晰可見(jiàn)，采用IS04499-2規(guī)定的方法測(cè)量計(jì)算200顆以上WC晶粒取平均值，計(jì)算得到WC平均晶粒小于150nm，硬度HV30為1900以上、強(qiáng)度TRS為4000MPa以上、金相組織為A02B00C00。
[0043]上述實(shí)施例僅用來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的一種高性能WC-Co納米晶硬質(zhì)合金的制備方法，但本發(fā)明并不局限于實(shí)施例，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均落入本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高性能WC-C0納米晶硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: A.混合料制取步驟；該步驟是選用平均粒度小于400nm的WC粉、平均粒度小于1.5um的Co粉、平均粒度小于1.5um的VC粉和平均粒度小于1.5um的Cr3C2粉為原料，其中，Co粉占總原料的3wt%~30wt%, VC粉占總原料的Owt%~2.0wt%, Cr3C2粉占總原料的Owt%~2.0wt%,余量為WC粉；并外加石蠟做成形劑，且石蠟的添加量為所述總原料的0.5wt%~3.5wt% ;然后，以無(wú)水酒精作介質(zhì)在滾動(dòng)式球磨機(jī)中進(jìn)行濕磨，硬質(zhì)合金研磨球與固體原料的球料比為2:1~10:1，無(wú)水酒精與固體原料的液固比為100~600mL/kg ;球磨30~120小時(shí)后進(jìn)行真空干燥制備成混合料； B.壓制步驟；將上一步驟制成的混合料壓制成壓坯；其中，壓制壓力為100~250MPa； C.燒結(jié)步驟；將上一步驟制成的壓坯燒結(jié)成WC-Co納米晶硬質(zhì)合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能WC-Co納米晶硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于:進(jìn)一步的，所述混合料制取步驟還包括將混合料過(guò)80目篩網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高性能WC-Co納米晶硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于:進(jìn)一步的，在混合料過(guò)80目篩網(wǎng)后，還包括將混合料放入制粒機(jī)中滾動(dòng)3~15分鐘進(jìn)行制粒處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能WC-Co納米晶硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于:所述的壓制步驟是將上一步驟制備好的混合料壓制成圓棒形壓坯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能WC-Co納米晶硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于:所述的燒結(jié)步驟是先將壓制好`的壓坯進(jìn)行真空燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1000~1400°C，保溫時(shí)間控制在0.5~2小時(shí)，然后再進(jìn)行熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1200~1400°C，保溫時(shí)間控制在0.5~2小時(shí)，燒結(jié)壓力控制在50~200MPa。
【文檔編號(hào)】C22C1/05GK103627942SQ201310090726
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月20日
【發(fā)明者】吳沖滸, 謝海唯, 鄭愛(ài)欽, 肖滿斗, 項(xiàng)忠楠, 謝穎 申請(qǐng)人:廈門鎢業(yè)股份有限公司