[發明專利]一種Ni粘結WC基硬質合金的制備方法

無效

• 申請號: 200810046452.8
• 申請日: 2008-11-04
• 公開（公告）號: CN101397614A
• 公開（公告）日: 2009-04-01
• 發明（設計）人: 郭智興;熊計;陳建中;吳悅梅;楊梅
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C29/08;C22F1/16
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技術領域

本發明為一種硬質合金制備方法，特別涉及以Ni為粘結劑的WC基硬質合金的制備方法。

背景技術

硬質合金發明以來，Co一直是硬質合金的主要粘結劑。因為Co對硬質相WC有良好的潤濕性和粘結性，而C，W在Co中的溶解，使WC-Co系硬質合金具有高硬度、高強度、高耐磨性。Co是稀缺的戰略資源，目前世界Co儲量(不含中國)約為450萬噸，儲量基礎為960萬噸，且主要分布在政治動蕩的非洲國家供貨與需求情況復雜，很不穩定(中非政局動蕩，供貨困難；俄羅斯經濟不穩定，出口前景不明朗)，致使Co的價格波動幅度較大。而且據報道，肺癌與吸入含Co的粉末有關。因此硬質合金行業希望降低Co的用量和尋找Co的代替品。Ni與Co在元素周期表中同屬鐵族金屬，密度，熔點，原子半徑相近，物理、化學性能相近。而Ni對WC也表現出良好的潤濕性，比Co有更好的抗氧化性和抗蝕性，尤其是合金化后，硬質合金性能更加優越，在低碳含量的下還具有無磁性的優點。并且Ni的世界儲量是Co的70倍，資源豐富，是一種相對Co來說價格便宜的金屬。因此，Ni被看作是Co的首選代用品。為了解決Co資源不足帶來的問題，生產所謂的“Ni代Co硬質合金”將大大降低硬質合金的成本，具有廣闊的市場前景和顯著的社會效益、經濟效益。

國內外科技工作者開展了大量的研究工作，并取得了一定成功。周永貴報導了部份鎳代Co硬質合金的韌性，并與相同成份的全Co的P20合金的韌性比較，結果表明30％和50％取代Co的Ni代Co合金的抗彎強度均與傳統P20相當；壓痕斷裂韌性值比傳統P20合金低，抗崩刃能力和耐用度更高。楊碧華等人研究了配碳量與Ni/Co比對WC-9(Ni-Co)硬質合金抗彎強度的影響。結果表明：WC-3Ni-6Co的配碳量為6.04wt％時，其抗彎強度與WC-9Co相當。汪仕元等人通過向Ni中添加質量分數為1.6％的氧化釔(Y₂0₃)，使WC-8％Ni合金的抗彎強度從用純鎳作粘結劑的1250MPa增加到1900MPa，但硬度無明顯變化。張立介紹了一種用La(NO₃)₃摻雜WC生產硬質合金的方法，探討了La對WC-9(Co-75％Ni)合金物理機械性能的影響，并對合金進行了礦山現場鑿巖實驗，當La₂O₃/(Co+Ni)為0.3％時，N309R合金中WC晶粒的異常長大能得到有效抑制，合金組織均勻化程度得到改善，合金的耐磨性明顯提高，達到了YJI礦用合金的水平。熊繼研究了混合稀土CeLa對WC-6％Ni合金性能的影響，結果表明，當稀土含量為0.5％時，效果最佳，在硬度略有上升的情況下，抗彎強度提高10％以上，性能與WC-6Co合金性能相當。在硬質合金中加入稀土，可起到強化合金、增加韌性、改變雜質存在形態和分布等作用。US?Patent?4497660公布了鎳基體添加一定量Cr、Mo、Mn、Co、Al、Si、Cu等元素為粘結相的碳化鎢基硬質合金。這種合金的強度、韌性、硬度及相對耐磨性值均可做到優于類似的傳統硬質合金。該專利認為：可能是Cr和Mo對碳化物相和粘結相影響的交互作用致使試驗合金具有高韌性和高硬度。所以Cr和Mo同時加入是必要的、另外，若Cr和Mo的加入量高時，必須另加一定數量的Al、Si或Cu，否則硬質合金中會產生脆性相。周建華等人采用費氏粒度為14.4μm的WC和粒度為2.0，3.0，4.4，5.5，7.0μm的還原Ni粉末，制備了WC-9％硬質合金。研究結果表明，合金橫向斷裂強度隨著鎳粉粒度變細而提高，平均粒度低于3.0μm后強度提高相當顯著。當平均粒度為2.0μm時合金橫向斷裂強度達到了2854MPa。合金硬度鎳粉平均粒度大于3μm時，隨著粒度增加合金硬度明顯下降。而小于3μm時，粒度對合金硬度影響不明顯。合金矯頑磁力隨著鎳粉平均粒度增加而平緩增加；合金密度則相反。雍志華等人將WC-8Ni硬質合金中的粘結劑用不同比例的納米鎳Ni粉替代，采用常規硬質合金的工藝制備出合金試樣，測試其物理力學性能，研究不同比例的納米Ni粉及不同的燒結溫度對合金性能的影響。結果表明，納米Ni占總Ni含量的40％～60％左右時，WC-8Ni硬質合金在適當比例的納米鎳粉及燒結溫度下，合金的性能得到很大的提高。