[發明專利]一種WC-增韌增強Ni3Al硬質合金及其制備方法

有效

• 申請號: 200910039671.8
• 申請日: 2009-05-22
• 公開（公告）號: CN101560623A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 李小強;李元元;肖章怡;屈盛官;楊超;陳維平
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C22C29/08
• 分類號: C22C29/08;C22C1/05
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 盛佩珍

技術領域

本發明涉及塑性成形技術及粉末冶金技術，具體是指一種以增韌增強Ni3Al為粘結相的碳化鎢(WC)材料即WC-增韌增強Ni₃Al硬質合金及其制備方法。

背景技術

碳化鎢硬質合金由于其高硬度、高耐磨性和高紅硬性，被廣泛地用作微型鉆頭、打印針頭、精密工模具和特殊刀具?，F有的碳化鎢硬質合金材料，主要由基體碳化鎢和粘結相鈷等組成，然而由于鈷價格較為昂貴，而且其高溫強度、高溫蠕變抗力和耐腐蝕性能均相對較低，一定程度上限制了以鈷作為粘結相的碳化鎢硬質合金的應用；而且其主要制備方法是：預成形后采用輻射加熱燒結、熱等靜壓燒結等方法進行燒結，而這些燒結方法的燒結時間較長，易使碳化鎢晶粒長大，從而削弱燒結態合金的性能。

梅炳初等于1996年第18卷第1期《武漢工業大學學報》上發表的文章“Ni₃Al的有序性、脆性及塑性”和陳金櫨等于2006年第20卷第1期《材料導報》上發表的文章“Ni₃Al基合金的研究與應用進展”中指出Ni₃Al金屬間化合物不僅具有室溫下的高硬、高強和優異的耐腐蝕性能，而且具有優異的高溫強度和高溫蠕變抗力，更重要的是具有在800～1000℃之間屈服強度隨溫度的升高而升高的“R”型反常屈服強度現象。陳國良等于1999年冶金工業出版社出版的《有序金屬間化合物結構材料物理金屬學基礎》中指出，添加適量的一些合金元素可以提高Ni₃Al的性能：添加鐵元素可以代替部分鎳，改善Ni₃Al的力學和耐蝕性能；添加鉻元素可以提高Ni₃Al的抗氧化性，從而降低其中溫脆性；添加硼和鋯可以改善Ni₃Al的室溫塑性和韌性。鄭志等于1992年第S1期《材料工程》上發表的文章“鋯對無硼Ni₃Al合金組織性能的影響”中指出鋯不僅可以明顯提高無硼Ni₃Al在室溫和高溫的屈服強度，還可以使Ni₃Al屈服強度的反常峰值溫度增加。雖然有關研究已表明，通過合理添加鐵、鉻、鋯、硼等多種合金元素可增韌和增強Ni₃Al，但是目前尚未見任何有關將增韌增強Ni₃Al代替傳統粘結相鈷用作碳化鎢粘結相的報道。如果要充分發揮以增韌增強Ni₃Al為粘結相的碳化鎢硬質合金的性能優勢，使碳化鎢硬質合金具有比目前常用的碳化鎢-鈷硬質合金更為優異的綜合性能，尤其是優異的高溫硬度和強度；直至其以良好的性價比進行產業化，則需要艱苦深入地摸索、合理設計和優化硬質合金材料的成分配方和相應的制備工藝。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足之處，提供一種以增韌增強Ni₃Al金屬間化合物代替傳統的鈷作為粘結相的WC-增韌增強Ni₃Al硬質合金材料。

本發明的另一個目的還在于通過合理的成分設計和優化制備工藝相結合，提供一種能進一步改善材料的綜合性能、工藝簡便、生產成本相對低的WC-增韌增強Ni₃Al硬質合金材料的制備方法。

本發明的目的可以通過如下措施來實現：

一種WC-增韌增強Ni₃Al硬質合金的配比中以增韌增強Ni₃Al金屬間化合物代替傳統粘結相鈷，其組分及其質量百分比含量如下：WC89.00～94.00％，增韌增強Ni₃Al?6.00～11.00％，其余為不可避免的微量雜質。

為更好地實現本發明，所述增韌增強Ni₃Al組分及其質量百分比含量為：Ni?68.90～70.20％，Al?10.00～11.00％，Fe?10.40～10.90％，Cr?7.90～8.30％，Zr0.80～1.00％，B?0.20～0.40％。

上述的這種WC-增韌增強Ni₃Al硬質合金的制備方法包括如下步驟：

步驟一：碳化鎢(WC)基硬質合金粉末的的成分設計

將WC、Ni、Al、Fe、Cr、Zr和B粉末按下述質量百分比用量進行配比：WC?89.00～94.00％、Ni?4.13～7.72％、Al?0.60～1.21％、Fe?0.63～1.20％、Cr0.48～0.91％、Zr?0.05～0.11％、B?0.01～0.04％，其余為不可避免的微量雜質；

步驟二：高能球磨