[發明專利]一種Ni3Al粘結的超細晶碳化鎢基硬質合金及制備方法

無效

• 申請號: 201210036318.6
• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN102560215A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 肖代紅;宋旼;申婷婷;李秀秀;歐小琴;賀躍輝
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C29/08
• 分類號: C22C29/08;C22C1/05
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明公開了一種金屬間鋁化物粘結的超細晶碳化鎢基硬質合金及制備方法，具體說是一種Ni₃Al粘結的超細晶碳化鎢基硬質合金及制備方法。屬于高性能結構材料領域。

背景技術

超細晶碳化鎢基硬質合金因其高強度、高硬度和高耐磨性，被廣泛用作切削刀具、礦山工具和耐磨材料。現有的超細晶碳化鎢基硬質合金主要是由碳化鎢和粘結相鈷金屬組成，鈷屬于戰略資源稀缺資源，價格昂貴，且其高溫抗氧化性和耐腐蝕性能差，限制了鈷作為粘結相的碳化鎢基硬質合金的進一步應用。因此尋找可替代鈷金屬的新型粘結相成為了工業生產中必修解決的問題。金屬間鋁化物具有高強度、高硬度、抗高溫氧化和耐腐蝕性能等特征，可望作為碳化鎢基硬質合金的粘結相，其中Ni₃Al對WC潤濕性與鈷相當，因此，以Ni₃Al為粘結相的碳化基硬質合金的性能可達到商用YG牌號性能。

目前制備以Ni₃Al為粘結相碳化基硬質合金的方法中主要采用真空熱壓燒結或等離子燒結方法制備。Ahmadian等先采用Ni和Al制備成Ni₃Al預合金粉，然后把Ni₃Al粉與WC粉混合，在真空熱壓燒結爐中制備成Ni₃Al粘結WC復合材料(Ahmadian?M，Wexler?D，Chandra?T，Calka?A.Abrasive?wear?of?WC-FeAl-B?and?WC-Ni₃Al-B?composites.International?Journal?of?Refractory?Metals?and?Hard?Materials，2005，23(3)：155-159)，但該方法要求預先制備Ni₃Al粉，而且采用真空熱壓燒結工藝，使得生產周期長，工藝復雜，成本較高。而中國專利“一種WC增韌Ni₃Al硬質合金及其制備方法(公開號CN101560623，公開日2009年10月21日)，公開了通過高能球磨，把WC粉、鎳粉、鋁粉等混合均勻，然后把混合的復合粉直接放入等離子燒結磨具中，通過等離子快速燒結獲得Ni₃Al粘結WC復合材料，但該方法設備操作復雜，影響工藝參數較多。由于真空熱壓燒結或等離子燒結時，設備本身的有效工作區間尺寸小，使得無法批量工業化生產，極大地限制了生產應用。另外，中國專利“以鎳-鋁金屬間化合物Ni₃Al為粘結相的硬質合金及其制備方法”(公開號CN201110071828.2，公開日2011年8月3日)公開了一種把鎳粉、鋁粉與碳化鎢粉末混合，然后在石墨容器中鋪展在非氧化性氣氛下預燒制成Ni₃Al-WC復合粉，再把復合粉經過脫氧處理后，加入質量分數為0.0025-0.025％的B粉，再次混合后壓制成型并經過低壓燒結獲得Ni₃Al粘結的WC基硬質合金。但該工藝由于要預先制備Ni₃Al-WC復合粉，存在著工藝流程長、工藝復雜的缺點，提高了生產成本，而且在制備過程中添加0.0025-0.025％的B粉，這種硼粉無法在球磨過程中混合均勻，從而使燒結體材料的性能不均勻，同時因其價格昂貴，進一步提高了材料的生產成本。

我們在前期的研究中(中國專利“一種超細晶碳化鎢/鈷系硬質合金及其制備方法”，公開號CN201010184362.2，公開日2010年9月8日)顯示，在超細晶碳化鎢/鈷系合金中，通過添加微量的稀土六硼化物粉末，可抑制燒結體合金中碳化鎢晶粒的長大，有效降低合金中WC晶粒尺寸和提高合金硬度與斷裂韌性，從而得到高硬度高斷裂韌性的超細晶碳化鎢/鈷系硬質合金，可適合于工業化生產。但由于鈷屬于戰略資源，通過該方法制備的超細晶硬質合金同樣存在著價格昂貴、生產成本較高的缺點。

由于已公開的Ni₃Al粘結碳化鎢基硬質合金的文獻資料中，關于其制備方法存在不同的缺點，有必要尋找新的工藝方法，使得所制備的Ni₃Al粘結的碳化鎢基硬質合金能適合于工業化生產。

發明內容

本發明的目的在于克服現有Ni₃Al粘結碳化鎢基硬質合金制備工藝存在的不足而提供一種組分配比合理，生產工藝簡單，采用傳統的粉末冶金燒結工藝即可制備、適于工業化應用的Ni₃Al粘結的超細晶碳化鎢基硬質合金及制備方法。