一種無(wú)粘結(jié)相超細(xì)wc硬質(zhì)合金制備方法
【專利摘要】一種無(wú)粘結(jié)相超細(xì)WC硬質(zhì)合金的制備方法。本發(fā)明涉及的無(wú)粘結(jié)相超細(xì)WC硬質(zhì)合金中Co含量低于0.5wt%，晶粒長(zhǎng)大抑制劑占0.3-1.0wt%，其余為WC。設(shè)計(jì)采用以噴霧熱還原方法制備的含微量晶粒長(zhǎng)大抑制劑的超細(xì)WC復(fù)合粉末和超細(xì)WC-Co復(fù)合粉末為原料，按一定成分比例配比并添加低于0.4wt%的炭黑粉末之后高能球磨36-72h，通過(guò)熱壓或熱等靜壓或氣壓強(qiáng)化燒結(jié)方法在1550-1750℃燒結(jié)1-3h。所制備的無(wú)粘結(jié)相超細(xì)硬質(zhì)合金具有優(yōu)良的綜合性能，維氏硬度達(dá)到3000-3500HV0.05，斷裂韌性達(dá)到7.1-8.0MPa·m1/2，橫向斷裂強(qiáng)度達(dá)到900-1200MPa，晶粒尺寸為0.2-0.5μm。該新型硬質(zhì)合金在要求高耐磨性和高耐腐蝕性的領(lǐng)域中可以得到廣泛應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】—種無(wú)粘結(jié)相超細(xì)WC硬質(zhì)合金制備方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及一種無(wú)粘結(jié)相超細(xì)WC硬質(zhì)合金的制備方法。
[0002]【背景技術(shù)】:
常規(guī)硬質(zhì)合金是由WC硬質(zhì)相和Y -Co粘結(jié)相組成的一類很重要的工具材料，它具有高強(qiáng)度、高硬度、高彈性模量、耐磨損、耐腐蝕、低熱膨脹系數(shù)以及高化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，廣泛地用作刀具、鉆具、耐磨零部件等。WC-Co硬質(zhì)合金的強(qiáng)度和韌性隨著Co含量的增加而提高，但同時(shí)Co含量的增加也降低了硬質(zhì)合金耐磨性和抗腐蝕性能。因此在某些特殊場(chǎng)合，比如要求高硬度、高耐磨性和高抗腐蝕性的工作環(huán)境下，傳統(tǒng)WC-Co硬質(zhì)合金已經(jīng)無(wú)法滿足要求，因此研究新型的無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金成為了必然的發(fā)展趨勢(shì)。
[0003]無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金是指含Co低于質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5 %的一類高耐磨性WC硬質(zhì)合金，與傳統(tǒng)WC-Co硬質(zhì)合金相比具有更高的硬度、耐磨性、抗腐蝕性和更優(yōu)越的拋光特性，同時(shí)其原材料成本大大降低，而且減少了由于Co6tl放射性對(duì)人體和環(huán)境的影響。由于普通粒度的WC粉末在Co含量極低時(shí)無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)燒結(jié)方式制備致密度較高的塊體，而采用超細(xì)WC粉末不但可以獲得近全致密結(jié)構(gòu)的合金并且材料的硬度、強(qiáng)度和韌性也會(huì)大幅度提高，因此無(wú)粘結(jié)相超細(xì)硬質(zhì)合金成為硬質(zhì)合金的一個(gè)重要研究方向。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究主要采用在超細(xì)WC粉末中添加微量Co和晶粒長(zhǎng)大抑制劑，以此元素混合粉末為原料，經(jīng)高能球磨后，通過(guò)高頻感應(yīng)電流燒結(jié)、熱壓燒結(jié)或者放電等離子燒結(jié)技術(shù)等方法制備無(wú)粘結(jié)相超細(xì)硬質(zhì)合金。但是球磨混合過(guò)程中，微量Co和晶粒長(zhǎng)大抑制劑在原料粉末體系內(nèi)很難分布均勻，這極易造成微量Co和晶粒長(zhǎng)大抑制劑的成分偏析，導(dǎo)致燒結(jié)過(guò)程中WC晶粒異常非均勻長(zhǎng)大，使材料表現(xiàn)出不穩(wěn)定的力學(xué)性能，最終嚴(yán)重影響到無(wú)粘結(jié)相超細(xì)硬質(zhì)合金的使用性能，因此無(wú)粘結(jié)相超細(xì)硬質(zhì)合金一直無(wú)法得到實(shí)際廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種無(wú)粘結(jié)相超細(xì)WC硬質(zhì)合金制備方法。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過(guò)如下措施來(lái)實(shí)現(xiàn):
(O以噴霧熱還原方法制備含晶粒長(zhǎng)大抑制劑的超細(xì)WC復(fù)合粉末和噴霧熱還原方法制備的超細(xì)WC-C0復(fù)合粉末，其中超細(xì)WC復(fù)合粉末中含晶粒長(zhǎng)大抑制劑0.3-1.0 wt%,晶粒長(zhǎng)大抑制劑為碳化釩、碳化鉻、碳化鈦、碳化鉿、碳化鉭和碳化鈮中的兩種或兩種以上，超細(xì)WC-Co復(fù)合粉末中Co含量為1-15 wt%，超細(xì)WC復(fù)合粉末和超細(xì)WC-Co復(fù)合粉末按比例11-99:1配制無(wú)粘結(jié)相超細(xì)硬質(zhì)合金成分的超細(xì)混合粉末；
(2)添加含量小于混合原料粉末體系0.4 wt%的炭黑粉末；
(3)采用行星式球磨或振動(dòng)球磨將含晶粒長(zhǎng)大抑制劑的超細(xì)WC粉末和超細(xì)WC-Co復(fù)合粉末進(jìn)行高能球磨處理，球磨轉(zhuǎn)速為200-500 rpm，球磨時(shí)間為36-72 h ；
(4)采用不同燒結(jié)方式制備無(wú)粘結(jié)相超細(xì)硬質(zhì)合金:采用熱壓燒結(jié)將粉末進(jìn)行燒結(jié)致密化，熱壓燒結(jié)在1750 1:和20 MPa下進(jìn)行60 min ；或采用真空預(yù)燒結(jié)加熱等靜壓處理。先對(duì)粉末在1700 1:進(jìn)行真空預(yù)燒結(jié)I h。之后對(duì)真空預(yù)燒結(jié)體采用熱等靜壓處理，熱等靜壓處理在1550 1:和1000 MPa下進(jìn)行I h ；
或采用氣壓燒結(jié)技術(shù)將粉末進(jìn)行燒結(jié)致密化，氣壓燒結(jié)在1650 °C保溫90 min，充隊(duì)使氣壓達(dá)到10-30 MPa，之后保壓40 min。
[0007]本發(fā)明制備所得無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金具有優(yōu)良的綜合性能，維氏硬度、斷裂韌性和橫向斷裂強(qiáng)度分別達(dá)到3000-3500 HV0 05'7.1-8.0 MPa.m1/2和900-1200 MPa，晶粒尺寸
0.2-0.5 μ m，可在要求高耐磨性和高耐腐蝕性的應(yīng)用領(lǐng)域(如高壓介質(zhì)噴嘴、密封環(huán)、閥門(mén)、及軸承零件等)中可以得到廣泛應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
(O針對(duì)無(wú)粘結(jié)相超細(xì)WC硬質(zhì)合金在燒結(jié)過(guò)程中極易出現(xiàn)微量Co難以彌散分布和WC晶粒非均勻長(zhǎng)大的問(wèn)題，本發(fā)明在材料設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)采用以噴霧熱還原方法制備的含微量晶粒長(zhǎng)大抑制劑的超細(xì)WC(其中晶粒長(zhǎng)大抑制劑為碳化釩、碳化鉻、碳化鈦、碳化鉿、碳化鉭和碳化鈮，其成分為0.3-1.0 wt%)和超細(xì)WC-Co復(fù)合粉末(超細(xì)WC-Co復(fù)合粉末中Co含量為1-15 wt%)為原料，通過(guò)高能球磨技術(shù)按比例11-99:1配制成無(wú)粘結(jié)相超細(xì)硬質(zhì)合金成分的WC復(fù)合粉末，使晶粒長(zhǎng)大抑制劑和微量Co彌散均勻分布，有效避免了燒結(jié)過(guò)程中WC晶粒的不均勻長(zhǎng)大，獲得了無(wú)粘結(jié)相超細(xì)晶WC硬質(zhì)合金材料；
(2)通過(guò)本發(fā)明制備所獲得的無(wú)粘結(jié)相超細(xì)WC硬質(zhì)合金材料綜合性能好，在晶粒度、硬度、抗彎強(qiáng)度等方面達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，其中晶粒尺寸為0.2-0.5 ym，維氏硬度、斷裂韌性和橫向斷裂強(qiáng)度分別達(dá)到 3000-3500 HV0.05、7.1-8.0 MPa.m1/2 和 900-1200 MPa。
【具體實(shí)施方式】
[0009]實(shí)施例1:
(O按質(zhì)量百分配比(以粉末總質(zhì)量100g為例)稱取各粉末組元質(zhì)量:
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)粘結(jié)相超細(xì)WC硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (O以噴霧熱還原方法制備含晶粒長(zhǎng)大抑制劑的超細(xì)WC復(fù)合粉末和噴霧熱還原方法制備的超細(xì)WC-C0復(fù)合粉末為原料，其中超細(xì)WC復(fù)合粉末中含晶粒長(zhǎng)大抑制劑0.3-1.0wt%，晶粒長(zhǎng)大抑制劑為碳化釩、碳化鉻、碳化鈦、碳化鉿、碳化鉭和碳化鈮中的兩種或兩種以上，超細(xì)WC-Co復(fù)合粉末中Co含量為1-15 wt%,超細(xì)WC復(fù)合粉末和超細(xì)WC-Co復(fù)合粉末按比例11-99:1配制無(wú)粘結(jié)相超細(xì)硬質(zhì)合金成分的超細(xì)混合粉末； (2)添加含量小于混合原料粉末體系0.4 wt%的炭黑粉末； (3)采用行星式球磨或振動(dòng)球磨將含晶粒長(zhǎng)大抑制劑的超細(xì)WC粉末和超細(xì)WC-Co復(fù)合粉末進(jìn)行高能球磨處理，球磨轉(zhuǎn)速為200-500 rpm，球磨時(shí)間為36-72 h ； (4)采用不同燒結(jié)方式制備無(wú)粘結(jié)相超細(xì)硬質(zhì)合金，無(wú)粘結(jié)相硬質(zhì)合金的維氏硬度、斷裂韌性和橫向斷裂強(qiáng)度分別達(dá)到3000-3500 HV0.05,7.1-8.0 MPa.m1/2和900-1200 MPa,晶粒尺寸 0.2-0.5 μ mo
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)粘結(jié)相超細(xì)WC硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于:步驟(4)中所述的燒結(jié)方式為采用熱壓燒結(jié)將粉末進(jìn)行燒結(jié)致密化，熱壓燒結(jié)在1750 °C和20 MPa下進(jìn)行60 mirio
3.如權(quán)利要求1所述的無(wú)粘結(jié)相超細(xì)WC硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于:步驟(4)中所述的燒結(jié)方式為采用真空預(yù)燒結(jié)加熱等靜壓處理:先對(duì)粉末在1700 °C進(jìn)行真空預(yù)燒結(jié)1 h，之后對(duì)真空 預(yù)燒結(jié)體采用熱等靜壓處理，熱等靜壓處理在1550 1:和1000 MPa下進(jìn)行1 h。
4.如權(quán)利要求1所述的無(wú)粘結(jié)相超細(xì)WC硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于:步驟(4)中所述的燒結(jié)方式為采用氣壓燒結(jié)技術(shù)將粉末進(jìn)行燒結(jié)致密化，氣壓燒結(jié)在1650 °C保溫.90min，充凡使氣壓達(dá)到10-30 MPa，之后保壓40 min。
【文檔編號(hào)】C22C1/05GK103924144SQ201410137867
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】范景蓮, 劉濤, 成會(huì)朝, 鄭虎春, 田家敏 申請(qǐng)人:中南大學(xué)