[發明專利]一種梯度鈷含量燒結碳化鎢合金材料

有效

• 申請號: 201210222905.4
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN102703790A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 王玉鵬;張帆
• 申請（專利權）人: 株洲西迪硬質合金科技有限公司
• 主分類號: C22C29/08
• 分類號: C22C29/08;C22C1/05;C23C8/64
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李玉秋

技術領域

本發明涉及硬質合金領域，具體涉及一種梯度鈷含量的碳化鎢-鈷硬質合金。

背景技術

硬質合金是一種由難熔金屬的硬質化合物和粘結金屬通過粉末冶金工藝制成的一種合金材料。硬質合金具有硬度高、耐磨、強度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優良性能，特別是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的溫度下也基本保持不變，在1000℃時仍有很高的硬度。硬質合金廣泛用作刀具材料，如車刀、銑刀、刨刀、鉆頭、鏜刀等，用于切削鑄鐵、有色金屬、塑料、化纖、石墨、玻璃、石材和普通鋼材，也可以用來切削耐熱鋼、不銹鋼、高錳鋼、工具鋼等難加工的材料。現在新型硬質合金刀具的切削速度等于碳素鋼的數百倍。

然后，事實上，硬質合金的耐磨性和韌性是一對相互矛盾的性能，比如，地質礦山用硬質合金鉆具等這類要求表面耐磨和整體耐沖擊的硬質合金零件，用傳統的均勻結構硬質合金通常不能滿足其使用工況，而硬質合金中的脆、韌兩相含量呈梯度分布是解決此類問題的主要途徑。如將此類合金材料制備成梯度結構，在滿足表面硬度和耐磨性使用要求的前提下，有利于降低熱應力、抑制應力集中、提高沖擊韌性和斷裂韌性。傳統的硬質合金是以高硬度、耐高溫、耐磨的難熔金屬碳化鎢為主要成分，用金屬鈷、鎳等作粘結劑，經粉末冶金方法燒結而成的復合材料，現有的鈷基硬質合金只有一種金屬相結構，粘結劑鈷成均勻分布，這種金相結構的WC-Co合金雖然具有較高的硬度和抗磨性，但其韌性較差，因而易導致早期材料破損，影響了這種合金制品的使用壽命，因此均勻結構的硬質合金通常不能滿足此種工作條件的需求。

人們一直致力于研究開發功能不同的層狀復合材料,過去材料科學的研究與發展主要集中在均質材料上,如金屬、陶瓷、高分子材料等,它們的性能在宏觀上均勻分布。然而,隨著科學技術的發展,特別是隨著航天技術的發展,均質材料已無法滿足更高性能要求，如航天飛機往返大氣層過程中由于摩擦而產生高達2000K的高溫,而在這樣的高溫、高壓、高磨損環境下得出梯度功能材料的概念更為重要,人們希望材料的某項性能順其組織(成分)發生緩慢變化而變化。例如,要使某一材料一面具有明顯的陶瓷或金屬陶瓷性能而另一面卻呈現出極強的金屬合金性能,人們可通過材料的設計、結構控制、生產工藝控制及材料的后續處理制造出各種各樣強度高、韌性好、抗腐蝕、耐疲勞良好配合的,可在極為嚴峻條件下工作的材料。迄今梯度材料的已向石油、化工、光學、電學和機械工程領域發展并引入硬質合金領域，研究開發出梯度硬質合金材料。

現有燒結技術通常固態燒結，但固相燒結并不可以全致密WC-Co組織，通常有>1％體積孔隙率后殘留的固相燒結。這樣的孔隙率的水平顯著了材料的機械特性，為消除殘留的孔隙，通過利用高壓固結方法，例如熱等靜壓（HIP）或快速全向收縮（ROC），盡管這些高壓過程完全致密化的材料，但同時也帶來了制造成本的增加，另外，材料的機械特性也并不能得到良好的改善。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于提供一種即具有高耐磨性，又具有高韌性的梯度鈷含量的碳化鎢-鈷硬質合金及其制備方法。

為了解決以上技術問題，本發明提供了一種梯度鈷含量的碳化鎢-鈷硬質合金，按占總硬質合金的重量百分比計包括：

WC????75wt%-90wt%；

Co????8wt%-25wt%；

其中所述鈷元素含量從所述硬質合金表面到中間層的含量遞增。

優選的，所述硬質合金表面的鈷元素含量占鈷元素總添加量的6wt%~8wt%，中間層鈷元素的含量占鈷元素總添加量的12wt%-16wt%。

優選的，所述硬質合金還包括：

TaC????0.1wt%-0.3wt%。

本發明還提供了一種梯度鈷含量的碳化鎢-鈷硬質合金的制備方法，包括：

a）將權利要求1所述的各組分，按照配比分散在乙醇中，得到分散液；

b）將所述分散液通過球磨，混合均勻，干燥后壓制得到壓胚；

c）將所述壓胚在1400~1500℃下進行液相燒結，得到梯度鈷含量的碳化鎢-鈷硬質合金；其中所述鈷元素含量從所述硬質合金表面到中間層的含量遞增。

優選的，步驟c）具體為：

c1）將所述壓胚在1400℃~1450℃下進行滲碳處理，保溫30min；

c2）將步驟c1）得到的滲碳處理后的壓胚在1450~1500℃下液相燒結，保溫30min，得到梯度鈷含量的碳化鎢-鈷硬質合金；其中所述鈷元素含量從所述硬質合金表面到中心的含量遞增。

優選的，所述各組分的質量總和與酒精按質量比為4:1。