[發明專利]一種三層夾心式碳化鎢鋁硬質合金燒結體及制備方法

無效

• 申請號: 200810051636.3
• 申請日: 2008-12-22
• 公開（公告）號: CN101440452A
• 公開（公告）日: 2009-05-27
• 發明（設計）人: 馬賢鋒;喬竹輝;湯華國;趙偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: C22C29/02
• 分類號: C22C29/02;C22C1/05;B22F7/02;B22F3/16
• 代理公司: 長春科宇專利代理有限責任公司
• 代理人: 馬守忠

技術領域

本發明屬于一種三層夾心式碳化鎢鋁硬質合金燒結體及制備方法。

背景技術

碳化鎢鋁硬質合金是近幾年研究發展的新興技術材料，碳化鎢鋁是指部分Al原子進入WC晶格中鎢的格位而形成的替位式固溶體合金。它在具有碳化鎢的高硬度，高耐磨性的基礎上又兼備了鋁的輕質、抗氧化性及優良的延展性性。我們在成功地制備出碳化鎢鋁-鈷硬質合金合金燒結體的基礎上，成功地研制出三層夾心式碳化鎢鋁硬質合金燒結體，使該合金不僅具有高的硬度(顯微硬度大于1800GPa)，還具有很高的彎曲強度(1500MPa以上)并且具有較低的密度(富鋁合金的密度可達4.8g/cm³)。碳化鎢鋁硬質合金正在發展成為新型高硬度、高強度、良好加工性、抗氧化溫度高的新型硬質合金，該材料有望在機械加工工具、玻璃切割、鍛模、拉模、軋輥、油井鉆具、礦山鉆具、開鑿鉆具及電觸點材料等方面得到應用。

碳化鎢鋁與碳化鎢相比具有很多相似性和不同性：具有相同的六方結構，都有硬度大，脆性高的特點。碳化鎢鋁和碳化物的最大不同點是碳化鎢鋁可以成功地制備具有碳缺位的碳化物鋁-鈷硬質合金燒結體，該合金具有更高的硬度。碳化鎢鋁這種特性可以讓我們制備多比例的三層夾心式碳化鎢鋁硬質合金。我們以硬度高，耐磨性好的碳缺位型碳化鎢鋁作為外層，以韌性好，抗沖擊力強的無碳缺位型碳化鎢鋁作為中間層，制備出性能優越的硬質合金材料。

迄今為止，有關三層夾心式碳化鎢鋁硬質合金的研究國內外尚無報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種碳化鎢鋁硬質合金燒結體。該合金具有三層夾心式結構，外層由碳缺位型碳化鎢鋁組成，內層是無碳缺位的碳化鎢鋁。該合金既具有高的硬度、耐磨性，又具有高的強度、韌性和抗沖擊力。

一種三層夾心式碳化鎢鋁硬質合金燒結體，其由外層是碳缺位型碳化鎢鋁，內層是無碳缺位的碳化鎢鋁組成的；其化學式為：[(W_1-xAl_x)C_y-Co/(W_1-xAl_x)C-Co/(W_1-xAl_x)C_y-Co]；其中，Co在燒結體中每層所占的質量分數均為3％～30％；

所述的外層的碳缺位型碳化鎢鋁的表達式為：(W_1-xAl_x)C_y-Co，式中：x＝0.1～0.86，y＝0.5～0.95；

所述的內層無碳缺位的碳化鎢鋁的表達式為：(W_1-xAl_x)C-Co)，式中：x＝0.1～0.86。

制備三層夾心式碳化鎢鋁硬質合金燒結體方法的步驟和條件如下：選擇碳缺位的碳化鎢鋁粉末，其化學式為：(W_1-xAl_x)C_y，式中，x＝0.1-0.86，y＝0.5～0.95；無碳缺位的的碳化鎢鋁粉末，其化學式為：(W_1-xAl_x)C，式中，x＝0.1-0.86；和鈷粉為原料；按組成的化學式計算稱取鈷粉和碳化鎢鋁粉末球磨混合，接著進行成型：在模具里先鋪一層(W_1-xAl_x)C_y-Co粉末，接著鋪一層(W_1-xAl_x)C-Co粉末，再鋪一層(W_1-xAl_x)C_y-Co粉末，上中下三層的厚度比為1:N:1(N＝1～10)；在液壓成型機中，400MPa的壓力下冷壓成型，然后分別在真空燒結爐和熱壓燒結機中進行真空燒結和熱壓燒結，真空燒結的溫度為1400℃-1600℃，真空度為10-3Pa，燒結時間為5-30分鐘；熱壓燒結的溫度為1350℃-1600℃，壓力10-37.5MPa，燒結時間為2-30分鐘，得到三層夾心式碳化鎢鋁硬質合金的燒結體，該燒結體的化學式為：[(W_1-xAl_x)C_y-Co][-(W_1-xAl_x)C-Co]-[(W_1-xAl_x)C_y-Co]，式中：x＝0.1～0.86，y＝0.5～0.95。

該燒結體的致密度為98-99.8％。機械性能為：顯微硬度13GPa-21GPa，彎曲強度1600MPa-2500MPa。