[發(fā)明專利]Ni3Al強(qiáng)化粘結(jié)相的WC-Co硬質(zhì)合金及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110371031.4
• 申請日: 2011-11-21
• 公開（公告）號: CN102383021A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龍堅(jiān)戰(zhàn);陸必志;張忠健;徐濤;魏修宇
• 申請（專利權(quán)）人: 株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司
• 主分類號: C22C29/08
• 分類號: C22C29/08;C22C1/04
• 代理公司: 長沙永星專利商標(biāo)事務(wù)所 43001
• 代理人: 周詠;林毓俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)合金材料及其制備方法，特別是一種通過粉末冶金的技術(shù)制備以WC為基體、Ni₃Al強(qiáng)化Co粘結(jié)相的增韌增強(qiáng)的硬質(zhì)合金及其制備方法。

背景技術(shù)

WC硬質(zhì)合金由于其高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性和高紅硬性，被廣泛地用作切削刀具、礦山工具和耐磨零件等。現(xiàn)有的WC硬質(zhì)合金材料主要是由基體WC和粘結(jié)相Co金屬組成。由于Co對WC的潤濕性好使其室溫綜合力學(xué)性能好，但Co屬于戰(zhàn)略資源，價(jià)格較為昂貴，且其高溫耐磨性、高溫抗氧化性和抗腐蝕性能均相對較低，在一定程度上限制了以Co作為粘結(jié)相的WC硬質(zhì)合金的應(yīng)用。而金屬間化合物Ni₃Al是鎳基耐熱合金的重要強(qiáng)化組元(即γ′相)，在抗氧化、耐腐蝕、防滲碳和耐磨方面具有優(yōu)越性。尤為突出的是，在800℃以下，Ni₃Al強(qiáng)度隨溫度升高不是連續(xù)下降，而是先隨溫度的升高而升高，到達(dá)一定的高溫后再下降，即屈服強(qiáng)度在峰值溫度以下具有正溫度效應(yīng)，它可使耐熱合金得到強(qiáng)化并提高其耐磨性。由于Ni₃Al金屬間化合物具有較高的高溫強(qiáng)度、蠕變抗力和高的比強(qiáng)度，且Ni₃Al對WC、TiC的潤濕性與Co相當(dāng)。因此，以Ni₃Al對WC-Co硬質(zhì)合金的Co粘結(jié)相進(jìn)行強(qiáng)化后，可使合金性能在保持高強(qiáng)度、高韌性的前提下，提高合金的高溫綜合性能。日本Nishigaki等人于1985年第2卷【《第11屆國際普蘭西國際會(huì)議》（英文：11^th?international?Plansee?Seminar’85）第487-508頁】上發(fā)表的文章“通過Ni₃Al相沉淀強(qiáng)化粘結(jié)相的WC-Co-Ni-Cr-Al?硬質(zhì)合金”（英文:?Binder?Phase?Strengthening?Through?Ni₃Al?Precipitation?of?WC-Co-Ni-Cr-Al?Hard?Alloys）中提到了高粘結(jié)相成分WC-27wt%(Co+Ni)-0.9wt%Cr-(0~1.5)wt%Al硬質(zhì)合金的制備方法。指出通過在硬質(zhì)合金中的（Co+Ni）粘結(jié)相中添加AlN來析出γ′（Ni₃Al，下同）相沉淀，從而使硬質(zhì)合金的粘結(jié)相得到強(qiáng)化，使合金的強(qiáng)度和耐磨性都得到提高，且粘結(jié)相強(qiáng)化作用可一直保持到800℃，使合金的高溫抗氧化性和抗腐蝕性能都得到大幅度提高，但這種制備方法的強(qiáng)化效果僅對高粘結(jié)相含量的硬質(zhì)合金有明顯的效果。該論文所述的形成Ni₃Al相方法是采用在濕磨過程中添加中間化合物AlN和Cr₂N，然后AlN和Cr₂N在燒結(jié)溫度超過1300℃后發(fā)生脫N反應(yīng)而形成Al和Cr，然后金屬Al和Cr擴(kuò)散進(jìn)入（Co+Ni）粘結(jié)相中原位合成Ni₃Al相產(chǎn)生沉淀和固溶強(qiáng)化，其相成分復(fù)雜且難控制。且該工藝需要進(jìn)行固溶和時(shí)效處理，工藝復(fù)雜，制備周期長。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述制備方法的不足，提供一種Ni₃Al強(qiáng)化Co粘結(jié)相的增韌增強(qiáng)的硬質(zhì)合金及其制備方法，其γ′相彌散分布到粘結(jié)相中、粘結(jié)相分布均勻、合金的致密化高、強(qiáng)度高、耐磨性好、抗高溫氧化性和抗腐蝕性優(yōu)異；同時(shí)，本發(fā)明還提供該硬質(zhì)合金的制備方法，采用Ni、Al元素粉末和WC粉末先制備出成分均勻、粒度細(xì)小WC+Ni₃Al的預(yù)合金混合粉末，避免了燒結(jié)過程中Ni、Al原位合成Ni₃Al相的難控制。并先對WC+Ni₃Al預(yù)合金粉末進(jìn)行預(yù)濕磨，進(jìn)一步細(xì)化Ni₃Al粉末和促進(jìn)Ni₃Al均勻分布，工藝簡單、制造成本低。同時(shí)，由于Ni₃Al已具有了優(yōu)異的抗氧化和抗腐蝕性能，可無需再添加少量的Cr。

本發(fā)明的Ni₃Al強(qiáng)化粘結(jié)相的WC-Co硬質(zhì)合金，包括硬質(zhì)相WC，粘結(jié)相為Co+Ni₃Al且體積百分比為10%～40%。

本發(fā)明的Ni₃Al強(qiáng)化粘結(jié)相的WC-Co硬質(zhì)合金的制造方法，依次包括以下步驟：

（1）按鎳-鋁金屬間化合物Ni₂₅Al的成分比例，把鎳粉和鋁粉與WC粉末混合均勻；其中鎳粉和鋁粉共占混合粉末的質(zhì)量百分比為2.07%~16.05%，余量為WC粉末；