[發(fā)明專利]表面富立方相的功能梯度硬質(zhì)合金及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110052473.2
• 申請日: 2011-03-04
• 公開（公告）號: CN102134660A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳巧旺;蔣顯全;涂銘旌
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶文理學(xué)院;西南大學(xué)
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C29/00;C23C8/24
• 代理公司: 重慶華科專利事務(wù)所 50123
• 代理人: 康海燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于一種表面富立方相的功能梯度硬質(zhì)合金，屬于表面滲氮熱處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種結(jié)合耐磨性及韌性的功能梯度硬質(zhì)合金。

背景技術(shù)

硬質(zhì)合金主要由硬質(zhì)相和粘結(jié)相組成，傳統(tǒng)硬質(zhì)合金的組織呈均勻分布，其主要成分的特性決定了硬質(zhì)合金的主要性能，如硬度和強度、耐磨性和韌性之間存在矛盾，很難同時解決。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，對硬質(zhì)合金制品的要求也不斷提高，需要其不同部位具有不同的性能。功能梯度硬質(zhì)合金則可以很好的解決這一問題。

所謂功能梯度硬質(zhì)合金，是指成分或組織呈梯度分布的硬質(zhì)合金。功能梯度硬質(zhì)合金利用成分或組織梯度達到功能梯度變化，賦予硬質(zhì)合金制品優(yōu)異的綜合性能和使用性能，是解決硬質(zhì)合金制品耐磨性與韌性難以同時兼顧的有效途徑之一。可以預(yù)見，功能梯度硬質(zhì)合金以其優(yōu)異的綜合性能和較低的生產(chǎn)成本，將會是硬質(zhì)合金領(lǐng)域重點發(fā)展方向之一。因此，功能梯度硬質(zhì)合金及其制備具有重要意義。

中國專利CN1900331和CN101974713A公開的是表面脫β相的梯度硬質(zhì)合金，合金表面富粘結(jié)相，而非硬質(zhì)相，不可直接用于加工，必須進行涂層后才可使用。

中國專利CN101545058公開的是一種利用分層壓制、氫氣氛燒結(jié)制備WC-Co梯度硬質(zhì)合金的方法，其工藝復(fù)雜，不便于工業(yè)化生產(chǎn)。

中國專利CN101724760A公開的是利用表面滲碳技術(shù)來制備WC-Co梯度硬質(zhì)合金的方法，其硬質(zhì)相是密排六方的WC相，而立方相具有比密排六方相更高的硬度和耐磨性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種表面富立方相的功能梯度硬質(zhì)合金，在對原有設(shè)備和工藝的改變不大的條件下，生產(chǎn)出功能梯度硬質(zhì)合金，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明采用碳化鎢（WC）、復(fù)式碳化物（（Ti，W）C，其主要用來控制TiC含量）、碳氮化鈦（Ti（C，N））和鈷（Co）為原料，按67~79WC-14~16TiC-0~7Ti(C,?N)-6~10Co的質(zhì)量配比混合，采用粉末冶金工藝模壓成型，在低壓爐中通過控制溫度和氮氣壓力進行制備，制備包括下列步驟：混合料球磨、壓制成型、氮氣氛燒結(jié)；所述氮氣氛燒結(jié)采用的是梯度化燒結(jié)方式，其溫度范圍是一個固態(tài)硬質(zhì)相、液態(tài)粘結(jié)相及固態(tài)粘結(jié)相三相共存的溫度范圍。

所述制備獲得的功能梯度硬質(zhì)合金具有梯度層，該梯度層包括一富立方相且耐磨損的表層與表層下部一富粘結(jié)相的過渡層，表層的鈷含量低于名義成分值的鈷含量，表層下部的富含粘結(jié)相的過渡層的鈷含量高于名義成分值的鈷含量。

具體方法包括：混合料球磨、壓制成型、氮氣氛燒結(jié)。

1.?混合料球磨

將粉末按相應(yīng)的質(zhì)量百分比進行稱量，然后放入球磨罐中，按4:1的球料比加入磨球，在無水乙醇中球磨48小時，干燥后按比例加入成型劑，過篩，制粒。

2.?壓制成型

稱取一定質(zhì)量的粉末，放入模具（如B型試樣（20×6.5×5.25?mm）模具）中，壓制成型。

3.?氮氣氛燒結(jié)

首先在600?℃以下脫膠，然后升溫（5~8?℃/min）至固相燒結(jié)溫度（1200~1250?℃），保溫1小時，并保持10?Pa以下的真空度；隨后緩慢升溫（1~3?℃/min）至液相燒結(jié)溫度（1420~1450?℃），保溫1小時，液相燒結(jié)完成后降溫（2~6?℃/min）至1000~1200?℃保溫2~4個小時，然后隨爐冷卻。在液相燒結(jié)階段充入高純氮氣（99.999%），保持壓力在1000?Pa以上至燒結(jié)程序運行完畢，即可獲得表面富立方相的功能梯度硬質(zhì)合金。

本發(fā)明提出的功能梯度硬質(zhì)合金采用的WC、(Ti,?W)C、Ti(C,?N)、Co混合粉末包含鉭、鈮、鉻、釩、鉬元素及/或鉭、鈮、鉻、釩、鉬各元素的碳化物的其中之一或組合。

進一步，該WC、(Ti,?W)C、Ti(C,?N)、Co混合粉末包含鎳和/或鐵以取代部分或全部的鈷。

所述硬質(zhì)合金的表層鈷含量低于名義成分值的鈷含量的90%。

所述硬質(zhì)合金的梯度層具有鈦、氮、碳和鈷部分或全部元素的梯度分布。

所述硬質(zhì)合金梯度層的厚度可以大于10?μm。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

（1）從生產(chǎn)技術(shù)上提供了一種可工業(yè)化生產(chǎn)功能梯度硬質(zhì)合金的新技術(shù)；

（2）所用工藝、設(shè)備簡單，對原有的工藝、設(shè)備要求變化不大，即可生產(chǎn)出高附加值產(chǎn)品，且容易實現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)化；

（3）可通過控制燒結(jié)溫度、氮氣壓力、燒結(jié)時間等工藝參數(shù)控制梯度層的厚度及成分。