雙晶結(jié)構(gòu)耐腐蝕硬質(zhì)合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種雙晶結(jié)構(gòu)耐腐蝕硬質(zhì)合金及其制備方法。本發(fā)明的雙晶結(jié)構(gòu)耐腐蝕硬質(zhì)合金由硬質(zhì)相碳化鎢(WC)及粘結(jié)相鎳（Ni)作為基體組成，經(jīng)配料、球磨、壓制、燒結(jié)的制備方法制得。其中碳化鎢(WC)為粗、細顆粒搭配，粗、細碳化鎢(WC)的重量比為7:3。本發(fā)明的制備方法工藝簡單、成本低廉，制備的雙晶結(jié)構(gòu)耐腐蝕硬質(zhì)合金耐磨、耐沖擊、耐腐蝕，綜合性能良好，適合石油開采、水處理等領(lǐng)域應(yīng)用。
【專利說明】雙晶結(jié)構(gòu)耐腐蝕硬質(zhì)合金及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種硬質(zhì)合金及其制造方法，具體是一種雙晶結(jié)構(gòu)耐腐蝕硬質(zhì)合金及 其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，對于雙晶結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金材質(zhì)的開發(fā)已經(jīng)有一定的基礎(chǔ)，包括單純改變雙晶 配比來獲得優(yōu)異綜合性能或輔以添加少量的碳化鉻等微量元素的碳化物來提高WC-Co硬 質(zhì)合金的綜合性能及耐腐蝕性能。如專利號為201010210967的中國專利"非均勻硬質(zhì)合金 及其制備方法"和專利號為200710035295的中國專利"一種非均勻結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的制備方 法"均采用單純改變雙晶配比來獲得優(yōu)異綜合性能。專利號為200810143384中國專利"一 種雙晶耐腐蝕的硬質(zhì)合金材料及其制造方法"則輔以添加少量的碳化鉻來提高WC-Co硬質(zhì) 合金的綜合性能及耐腐蝕性能。
[0003] 上述的硬質(zhì)合金材料所生產(chǎn)的合金產(chǎn)品一般用于鏟雪片、球齒、復合片等，適合應(yīng) 用于普通的使用環(huán)境(空氣）下，其使用過程偏重于要求具備較好的硬度與強度的綜合性 能，對耐腐蝕性能要求并不嚴格。由于鈷（Co )作為粘接劑的硬質(zhì)合金有著先天缺陷--耐 腐性差，雖然通過少量添加碳化鉻能夠在一定程度上改善合金的耐腐蝕性能，但一方面由 于碳化鉻的分布無法達到絕對均勻，另一方面其添加量一般低于1. 〇%，所以碳化鉻的添加 無法從根本上解決硬質(zhì)合金的耐腐蝕性差的問題，限制了其在一定腐蝕性環(huán)境下的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種可在腐蝕性環(huán)境下應(yīng)用的雙晶結(jié)構(gòu)耐腐蝕硬質(zhì)合金 材質(zhì)及其制備方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] 通過采用本身具備優(yōu)異耐腐蝕性能的鎳（Ni)作為硬質(zhì)合金的粘結(jié)相，在其基礎(chǔ) 上，搭配粗、細顆粒的碳化鎢（WC)，根據(jù)"最大堆積密度與粉末顆粒直徑比值的關(guān)系"理論， 選擇費氏粒度比為7:1的粗、細兩種碳化鎢（WC)，經(jīng)配料、球磨、壓制、燒結(jié)的制備方法制成 雙晶結(jié)構(gòu)耐腐蝕硬質(zhì)合金。具體方案是：
[0007] 所述的雙晶結(jié)構(gòu)耐腐蝕硬質(zhì)合金由硬質(zhì)相碳化鎢（WC)及粘結(jié)相鎳（Ni)作為基體 組成；其中，粘結(jié)相鎳（Ni)的含量為6?8%。
[0008] 所述的硬質(zhì)相碳化鎢（WC)由兩種不同費氏粒度的粗、細顆粒搭配而成；粗、細兩 種碳化鎢（WC)的費氏粒度比為7:1 ;粗、細碳化鎢的重量比為7:3。
[0009] 所述粗碳化鎢的粒度為費氏粒度5. 0?6. 0 μ m，細碳化鎢的粒度為費氏粒度 0. 7 ?0. 9 μ m。
[0010] 所述雙晶結(jié)構(gòu)耐腐蝕硬質(zhì)合金的重量配比為：費氏粒5. 0?6. Ομπι的碳化鎢粉 64?66份、費氏粒度為0. 7?0. 9 μ m的碳化鎢粉27?29份、鎳粉6?8份、石蠟1?2. 5 份、硬脂酸0.05?0. 15份。 toon] 所述雙晶結(jié)構(gòu)耐腐蝕硬質(zhì)合金的制備方法，包括以下具體步驟：
[0012] 步驟一配料
[0013] 將比例為7:3的研磨態(tài)費氏粒度5. 0?6. 0 μ m和0. 7?0. 9 μ m的兩種碳化鎢粉 末及-300目鎳粉按重量配比混合；
[0014] 步驟二球磨
[0015] 在上述配料中加入己烷、石蠟、硬脂酸后一起進行滾動球磨，球磨時間16?24小 時；
[0016] 步驟三壓制
[0017] 將配成的含6?8%鎳的混合料料過濾干燥后噴霧制粒，再通過壓機壓制成型，壓 制壓力180?200MPa，制得合金半成品毛坯；
[0018] 步驟四燒結(jié)
[0019] 將制得的合金半成品毛坯放置在氫氣載氣脫蠟--低壓燒結(jié)一體爐中脫除成型 劑及高溫燒結(jié)，燒結(jié)溫度1460?1500°C;保溫時間90min ;在燒結(jié)溫度沖入氬氣進行低壓處 理,壓力3?5MPa。
[0020] 所述制備方法的步驟二中，球料比為4:1。
[0021] 綜上所述，本發(fā)明的有益效果在于：
[0022] 1、采用鎳作為硬質(zhì)合金的粘結(jié)相，避免了因使用傳統(tǒng)金屬鈷作為粘結(jié)相而導致硬 質(zhì)合金耐腐蝕性能差的問題；
[0023] 2、制備的雙晶硬質(zhì)合金耐磨、耐沖擊、耐腐蝕，綜合性能良好。
[0024] 3、不添加任何昂貴元素，不存在因微量元素分布不均勻而造成合金性能差的問 題。
[0025] 4、制備方法簡單，無需增加原材料投資，成本低廉。

【具體實施方式】
[0026] 本發(fā)明的雙晶結(jié)構(gòu)耐腐蝕硬質(zhì)合金由硬質(zhì)相碳化鎢（WC)及粘結(jié)相鎳（Ni)作為基 體組成。其中，粘結(jié)相鎳（Ni)的含量為6?8%，在其基礎(chǔ)上，通過系列實驗對比，選擇費氏 粒度比為7:1的粗、細兩種碳化鎢（WC)，按照重量比為7:3的比例搭配。粗碳化鎢（WC)費 氏粒度為5. 0?6. 0 μ m，細碳化鎢（WC)費氏粒度為0· 7?0· 9 μ m。
[0027] 硬質(zhì)合金的重量配比為：費氏粒度為5. 0?6. 0 μ m的碳化鎢粉64?66份、費氏粒 度為0. 7?0. 9 μ m的碳化鎢粉27?29份、鎳粉6?8份、石蠟1?2. 5份、硬脂酸0. 05? 0· 15 份。
[0028] 本發(fā)明的制備方法是直接用球磨的工藝方法制備雙晶耐腐蝕硬質(zhì)合金，將碳化鎢 粉末、鎳粉按一定的重量比例配比，加入成型劑石蠟、助磨劑硬脂酸后在己烷介質(zhì)中混合球 磨，球磨后的混合料過濾干燥后噴霧制粒，再通過模壓成型，將半成品放置在氫氣載氣脫 錯--低壓燒結(jié)一體爐加壓燒結(jié)，其具體步驟如下：
[0029] 步驟一配料
[0030] 將比例為7:3的研磨態(tài)費氏粒度5. 0?6. 0 μ m和0. 7?0. 9 μ m的兩種碳化鎢粉 末及-300目鎳粉按重量配比混合；
[0031] 步驟二球磨
[0032] 在上述配料中按每公斤混合料加入己烷200ml、成型劑石蠟1?2. 5份、助磨劑硬 脂酸0. 05?0. 15份，然后一起進行滾動球磨，球磨時間16?24小時；球料比4:1。
[0033] 步驟三壓制
[0034] 將配成的含6?8%鎳的混合料過濾干燥后噴霧制粒，再通過道斯特壓機壓制成 型，壓制壓力180?200MPa，制得合金半成品毛坯；
[0035] 步驟四燒結(jié)
[0036] 將制得的合金半成品毛坯放置在氫氣載氣脫蠟--低壓燒結(jié)一體爐脫除成型劑 及高溫燒結(jié)，燒結(jié)溫度1460?1500°C ;保溫時間90min ;在燒結(jié)溫度沖入氬氣進行低壓處 理,壓力3?5MPa。
[0037] 下面，結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的雙晶耐腐蝕硬質(zhì)合金及其制備方法作進一步描 述：
[0038] 實施例1
[0039] 在本實施例中，雙晶耐腐蝕硬質(zhì)合金的具體配比為：費氏粒度為5. 0 μ m的粗碳化 鎢粉66份；費氏粒度為0. 7 μ m的細碳化鎢粉28份、鎳粉6份，計總量100份。再額外加入 石蠟1份、硬脂酸0.05份。
[0040] 制備方法的具體步驟如下：
[0041] 步驟一配料
[0042] 將比例為7:3的研磨態(tài)費氏粒度5. 0 μ m和0. 7 μ m的兩種碳化鎢粉末及-300目 鎳粉按上述重量配比混合；
[0043] 步驟二球磨
[0044] 在上述配料中按每公斤混合料加入己烷200ml、石蠟1份、硬脂酸0. 05份放入硬質(zhì) 合金球磨桶中一起進行滾動球磨，球磨球為Φ IOmm的YG6硬質(zhì)合金球，球料比4:1，球磨時 間16小時；
[0045] 步驟三壓制
[0046] 將配成的含6%鎳的混合料過濾干燥后噴霧制粒，再通過道斯特壓機壓制成型，壓 制壓力200MPa，制得合金半成品毛坯；
[0047] 步驟四燒結(jié)
[0048] 將制得的合金半成品毛坯放置在氫氣載氣脫蠟--低壓燒結(jié)一體爐脫除成型劑 及高溫燒結(jié)，燒結(jié)溫度1500°C ;保溫時間60min ;在燒結(jié)溫度沖入氬氣進行低壓處理，壓力 5MPa〇
[0049] 實施例2
[0050] 在本實施例中，雙晶耐腐蝕硬質(zhì)合金的具體配比為：費氏粒度為5. 5 μ m的粗碳化 鎢粉64份；費氏粒度為0. 8 μ m的細碳化鎢粉29份、鎳粉7份，計總量100份。再額外加入 石蠟1.5份、硬脂酸0.10份。
[0051] 制備方法的具體步驟如下：
[0052] 步驟一配料
[0053] 將比例為7:3的研磨態(tài)費氏粒度5. 5 μ m和0. 8 μ m的兩種碳化鎢粉末及-300目 鎳粉按上述重量配比混合；
[0054] 步驟二球磨
[0055] 在上述配料中按每公斤混合料加入己烷200ml、石蠟I. 5份、硬脂酸0. 10份放入硬 質(zhì)合金球磨桶中一起進行滾動球磨，球磨球為Φ IOmm的YG6硬質(zhì)合金球，球料比4:1，球磨 時間20小時；
[0056] 步驟三壓制
[0057] 將配成的含7%鎳的混合料過濾干燥后噴霧制粒，再通過道斯特壓機壓制成型，壓 制壓力190MPa，制得合金半成品毛述；
[0058] 步驟四燒結(jié)
[0059] 將制得的合金半成品毛坯放置在氫氣載氣脫蠟--低壓燒結(jié)一體爐脫除成型劑 及高溫燒結(jié)，燒結(jié)溫度1480°C ;保溫時間90min ;在燒結(jié)溫度沖入氬氣進行低壓處理，壓力 4MPa。
[0060] 實施例3
[0061] 在本實施例中，雙晶耐腐蝕硬質(zhì)合金的具體配比為：費氏粒度為6. 0 μ m的粗碳化 鎢粉65 ;費氏粒度為0. 9 μ m的細碳化鎢粉27份、鎳粉8份，計總量100份。再額外加入石 蠟2. 5份、硬脂酸0. 15份。
[0062] 制備方法的具體步驟如下：
[0063] 步驟一配料
[0064] 將比例為7:3的研磨態(tài)費氏粒度6. 0 μ m和0. 9 μ m的兩種碳化鎢粉末及-300目 鎳粉按上述重量配比混合；
[0065] 步驟二球磨
[0066] 在上述配料中按每公斤混合料加入己烷200ml、石蠟2. 5份、硬脂酸0. 15份放入硬 質(zhì)合金球磨桶中一起進行滾動球磨，球磨球為Φ IOmm的YG6硬質(zhì)合金球，球料比4:1，球磨 時間24小時；
[0067] 步驟三壓制
[0068] 將配成的含8%鎳的混合料過濾干燥后噴霧制粒，再通過道斯特壓機壓制成型，壓 制壓力180MPa，制得合金半成品毛述；
[0069] 步驟四燒結(jié)
[0070] 將制得的合金半成品毛坯放置在氫氣載氣脫蠟--低壓燒結(jié)一體爐脫除成型劑 及高溫燒結(jié)，燒結(jié)溫度1460°C ;保溫時間90min ;在燒結(jié)溫度沖入氬氣進行低壓處理，壓力 3MPa〇
[0071] 采用上述方法制備的雙晶結(jié)構(gòu)耐腐蝕硬質(zhì)合金，平均晶粒度1. 6?2. 4 μ m，硬度 達HRA90.5,抗彎強度彡2500MPa，孔隙度A04B00C00,密度14.85?15.00g/cm3,物理力 學綜合性能優(yōu)異，在以氧化鋁水混合液為介質(zhì)的實驗條件下，其磨粒磨損體積損失可低至 7. 56cm3/100000r。本發(fā)明的雙晶硬質(zhì)合金耐磨、耐沖擊、耐腐蝕，生產(chǎn)過程工藝簡單，成本 低廉，可應(yīng)用于石油開采、水處理等領(lǐng)域。
[0072] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施方式而已，在本說明書中公開的所有特征、所有 方法或步驟并不局限于上述的【具體實施方式】。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修 改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種雙晶結(jié)構(gòu)耐腐蝕硬質(zhì)合金，其特征在于：所述的雙晶結(jié)構(gòu)耐腐蝕硬質(zhì)合金由硬 質(zhì)相碳化鎢（WC)及粘結(jié)相鎳（Ni)作為基體組成；其中，粘結(jié)相鎳（Ni)的含量為6?8%。
2. 按照權(quán)利要求1所述的雙晶結(jié)構(gòu)耐腐蝕硬質(zhì)合金，其特征在于：所述的硬質(zhì)相碳化 鎢（WC)由兩種不同費氏粒度的粗、細顆粒搭配而成；粗、細兩種碳化鎢（WC)的費氏粒度比 為7:1 ;粗、細碳化鎢的重量比為7:3。
3. 按照權(quán)利要求2所述的雙晶結(jié)構(gòu)耐腐蝕硬質(zhì)合金，其特征在于：所述粗碳化鎢的粒 度為費氏粒度5. O?6. O μ m，細碳化鎢的粒度為費氏粒度0. 7?0. 9 μ m。
4. 按照權(quán)利要求1或2或3所述的雙晶結(jié)構(gòu)耐腐蝕硬質(zhì)合金，其特征在于：所述硬質(zhì) 合金的重量配比為：費氏粒度為5. 0?6. 0 μ m的碳化鎢粉64?66份、 費氏粒度為〇. 7?0. 9 μ m的碳化鎢粉27?29份、鎳粉6?8份、石蠟1?2. 5份、硬 脂酸0.05?0· 15份。
5. -種雙晶結(jié)構(gòu)耐腐蝕硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于：所述雙晶結(jié)構(gòu)耐腐蝕硬質(zhì) 合金制備方法，包括以下具體步驟： 步驟一配料 將比例為7:3的研磨態(tài)費氏粒度5. 0?6. 0 μ m和0. 7?0. 9 μ m的兩種碳化鎢粉末 及-300目鎳粉按重量配比混合； 步驟二球磨 在上述配料中加入己烷、石蠟、硬脂酸后一起進行滾動球磨，球磨時間16?24小時； 步驟三壓制 將配成的含6?8%鎳的混合料料過濾干燥后噴霧制粒，再通過壓機壓制成型，壓制壓 力180?200MPa，制得合金半成品毛坯； 步驟四燒結(jié) 將制得的合金半成品毛坯放置在氫氣載氣脫蠟--低壓燒結(jié)一體爐中脫除成型劑及 高溫燒結(jié)，燒結(jié)溫度1460?1500°C ;保溫時間90min ;在燒結(jié)溫度沖入氬氣進行低壓處理， 壓力3?5MPa。
6. 按照權(quán)利要求5所述的雙晶結(jié)構(gòu)耐腐蝕硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于：所述制 備方法的步驟二中，球料比為4:1。
【文檔編號】C22C29/08GK104213012SQ201310206771
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月29日
【發(fā)明者】時凱華, 董凱林, 江慶 申請人:自貢硬質(zhì)合金有限責任公司