[發明專利]一種石墨烯改性硬質合金的制備方法

有效

• 申請號: 201210262916.5
• 申請日: 2012-07-27
• 公開（公告）號: CN102747243A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 王永富;陳名海
• 申請（專利權）人: 王永富
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C29/08
• 代理公司: 北京華夏博通專利事務所(普通合伙) 11264
• 代理人: 孫東風;王鋒

技術領域

本發明涉及一種硬質合金的制備方法，特別涉及到一種石墨烯改性的硬質合金的制備方法。

背景技術

硬質合金是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，廣泛用作工業切削刀具、礦山鉆頭、耐磨件、精密零件等。傳統硬質合金工業制備方法主要以粉末冶金方法為主，將碳化物與金屬粘結劑混合壓制成型，經過燒結形成致密合金。因此硬質合金的工業原料大量使用碳化物，其制備方法主要是為固相燒結反應制備法，是一種耗時、耗能的制備方法。直接以金屬粉末或者氧化物作為原料，在燒結過程中一次完成碳化和燒結致密化過程，將大大縮短工藝流程，降低能耗，提高效率。公開號CN101624673A的發明專利公開了一種以氧化鎢、金屬Co粉、炭黑為原料一步制備硬質合金的方法，但是以傳統金屬粉末與碳粉混合制備硬質合金由于原料顆粒過大，碳粉難以有效形成在金屬粉末外面包裹結構，碳化反應不均勻導致組織缺陷偏析嚴重，極大制約著這種方法思路的實施。納米技術的發展給硬質合金行業帶來了新的發展思路，推動了高性能超細硬質合金的制備技術的發展。公開號CN102061401A的發明專利揭示了一種以納米W粉和超細金屬Ni粉或Co粉作為原料，添加納米碳粉，一步制備硬質合金的方法。但是，該方法中，碳含量分布仍有待改善。

發明內容

本發明的目的在于提供一種石墨烯改性的硬質合金的高效制備方法，其充分利用石墨烯超薄二維片狀結構所具有的高活性、巨大比表面積及其優越的綜合力學性能等特點，通過在硬質合金燒結過程中一步實現碳化和燒結致密化目的，同時藉由石墨烯納米片實現對硬質合金力學性能的增強和改性。

為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案：

一種石墨烯改性硬質合金的制備方法，其特征在于，該方法為：它是通過將氧化石墨烯或氧化石墨烯與碳粉的混合物均勻分散于水和/或有機溶劑中形成分散液之后，再與Cr₂O₃粉末、納米W粉和納米Co粉和/或Ni粉混合形成硬質合金原料，再依次經球磨、干燥、造粒、壓制成型、脫脂和燒結工序制得目標產品。

作為優選的方案之一，該方法中是將氧化石墨烯或氧化石墨烯與碳粉的混合物預先進過分散形成漿料后，再與Cr₂O₃粉末、納米W粉、納米Co粉和/或Ni粉混合形成硬質合金原料的。

作為較佳實施方案之一，所述Cr₂O₃粉末在硬質合金原料中的含量為3-5wt%。

作為優選的方案之一，在所述硬質合金原料中氧化石墨烯或氧化石墨烯與碳粉的用量是按照W粉碳化工藝及燒結工藝條件需要的碳含量而計算獲得，添加范圍為硬質合金原料重量百分比1-10%。

作為優選的方案之一，該方法中是通過超聲、研磨、球磨和高速剪切分散工藝的任意一種而將氧化石墨烯或氧化石墨烯與碳粉的混合物均勻分散于水和/或有機溶劑中形成分散液的，所述有機溶劑至少選自乙醇，N、N-二甲基甲酰胺，四氫呋喃，N、N-二甲基乙酰胺和甲苯中的任意一種。

作為較佳實施方案之一，在球磨工序中，球磨轉速100-250轉/分鐘，球磨時間12-96小時。

作為較佳實施方案之一，在造粒工序中，還加入了用量為硬質合金原料重量1-10%的成型劑，所述成型劑至少選自聚乙烯醇、橡膠和石蠟中的任意一種。

作為較佳實施方案之一，在壓制成型工序中，壓制壓力為200-400?MPa。

作為較佳實施方案之一，在脫脂工序中，脫脂溫度為300-450℃，升溫速率0.5-2℃/分鐘，保溫3分鐘以上。

作為較佳實施方案之一，燒結工序采用惰性氣體燒結、真空燒結和低壓燒結工藝中的任意一種，且燒結溫度為1300-1500℃。

與現有技術相比，本發明至少具有如下優點：

（1）采用高活性石墨烯與金屬粉末、氧化物粉末作為制備硬質合金的原料，在燒結過程中一步實現碳化和燒結，具有高效快捷的特點，尤其是采用氧化石墨烯作為添加成分，利用其表面帶有的大量含氧基團以及易分散、高活性的特點，將其良好分散在乙醇等介質中形成分散液再進行添加，能有效克服傳統碳粉添加均一性差的不足；