[發明專利]一種細小純板狀晶硬質合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201310017459.8
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103045887A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 張立;陳述;吳厚平;熊湘君
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C29/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 鄧建輝

技術領域

本發明涉及一種細小純板狀晶硬質合金，本發明還涉及該細小純板狀晶硬質合金的制備方法。

背景技術

板狀晶硬質合金是指合金中具有板狀晶特征的WC晶粒體積與合金中WC晶粒總體積之比（簡稱板狀晶WC體積分數）＞20%的硬質合金。在日本，板狀晶硬質合金也被稱為片晶硬質合金或碟狀晶硬質合金。板狀晶硬質合金分為含板狀晶硬質合金與板狀晶WC體積分數＞80%的純板狀晶硬質合金。傳統硬質合金的硬度與韌性是一對相互矛盾的參數，提高硬度要以犧牲韌性為代價，反之亦然。純板狀晶硬質合金具有高硬度、高韌性等特點。因結晶更完整，在硬度相當的條件下，純板狀晶硬質合金具有較傳統硬質合金更高的耐磨性。

關于板狀晶硬質合金的制備方法國內外均有報道。目前制備板狀晶硬質合金的含W原料主要分為3類，即WC粉末原料；W_xCo_yC粉末原料以及單質W粉末原料。中國專利CN101117673A與CN101376931A公布了“含（大塊）板狀碳化鎢晶粒的硬質合金的制備方法”。該方法以板狀碳化鎢單晶為晶種，WC和Co為原料，采用高能球磨制備混合料。合金中板狀晶WC晶粒邊長一般在3～8μm，晶粒較粗，合金中WC晶粒為板狀晶與常規晶粒組成的混晶結構，即合金為含板狀晶硬質合金。中國專利CN1068067C公布了“含片晶碳化鎢的硬質合金及其制備方法”。該方法采用兩步工藝，首先采用W、C、Co等為原料，制備片晶WC形成粉末（如Co₃W₃C，Co₆W₆C等）；再采用片晶WC形成粉末為原料制備合金，合金中片晶WC體積分數不低于20%。中國專利CN1990888A公布了“具有纖維狀WC晶體的鎢鈷硬質合金的制造方法”。該方法采用高能球磨制備的含Co、C的納米晶W超飽和固溶體為原料，但未公布合金的組織結構與性能。裴燕斌，等報道了“W–Co–納米碳管反應燒結制備高度取向硬質合金”（粉末冶金材料科學與工程，2005，Vol10，No3，P160–165）。該報道采用微米級W粉、Co粉和多壁納米碳管(直徑10nm)為原料，采用長時間濕磨工藝（72h）制備混合料，通過納米碳管的模板作用實現合金組織垂直于壓制方向的(0001)晶面的擇優取向，該方法難以實現對合金組織結構均勻性的有效控制。吳恩熙，等報道了“含板狀WC晶粒硬質合金制備方法的研究”（硬質合金，2006，Vol23，No2，P75–78），KINOSHITA?S等報道了“采用W和C為原料制備的WC–Co硬質合金中高度定向排列的板狀三角棱WC晶粒的形成機制”（Mechanisms?for?formation?of?highly?oriented?plate–like?triangular?prismatic?WC?grains?in?WC–Co?base?cemented?carbides?prepared?from?W?and?C?instead?of?WC.Journal?of?the?Japan?Society?of?powder?and?Powder?Metal?lurgy,2001,Vol48,No1,P51–60）。包括這2篇報道在內的其他類似報道均采用微米級W粉、Co粉和片狀石墨粉為原料，通過對W粉末進行扁平化處理實現W多面體向W板狀體的轉變，通過提高燒結溫度和延長燒結時間制備含板狀晶硬質合金，該方法制備的WC晶粒粗大，難以實現對合金中WC板狀晶比例的有效調控，而且板狀晶WC晶粒具有垂直于壓制方向的(0001)晶面的擇優取向特征，從而導致了合金性能的各向異性。中國專利CN102061401B公布了“一種具有高硬度高韌性雙高性能WC基硬質合金的制備方法”。該方法提供一種能制備具有高結晶完整性、純板狀晶結構、各向同性的WC基硬質合金的制備方法，其合金制備原料為納米W粉和納米石墨粉。

目前所報道的板狀晶硬質合金均具有板狀晶晶粒粗大的特點，通常存在合金粘結相分布均勻度欠佳等缺陷，因此合金的抗彎強度較低，通常＜2500MPa。純板狀晶硬質合金可實現合金具有高硬度高韌性的“雙高”特性，合金晶粒度＜0.5μm的超細晶硬質合金可實現合金具有高強度高硬度的“雙高”特性。超細晶硬質合金的最大不足之處是斷裂韌性偏低，Palmqvist斷裂韌性K_1c通常＜10.5MPa·m^1/2。在獲得高強度高硬度的同時，提高合金的斷裂韌性是硬質合金的主要研究方向。目前已報道的關于純板狀晶硬質合金的制備方法中均不涉及板狀晶WC晶粒大小的調控方法，目前尚無具有高強度高硬度高韌性“三高”特性的細小純板狀晶硬質合金的報道。