[發明專利]一種高性能WC-Co納米晶硬質合金的制備方法

無效

• 申請號: 201310090726.4
• 申請日: 2013-03-20
• 公開（公告）號: CN103627942A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 吳沖滸;謝海唯;鄭愛欽;肖滿斗;項忠楠;謝穎
• 申請（專利權）人: 廈門鎢業股份有限公司
• 主分類號: C22C29/08
• 分類號: C22C29/08;C22C1/05
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 連耀忠

技術領域

本發明涉及硬質合金材料制造技術領域，特別是涉及一種高性能WC-Co納米晶硬質合金的制備方法。

背景技術

圍繞細化晶粒，制取超細及納米結構硬質合金的研究開發，是當今世界硬質合金技術領域中的一大熱點。目前實現批量生產的硬質合金最細晶粒為0.2μm。

納米硬質合金制備過程中，采用高質量納米原料粉末是非常關鍵的環節。納米粉體的制備方法很多，理論上說，任何能制造精細晶粒尺寸多晶體的方法都可以用來制造納米粉體。實驗室通常采用機械合金化法、固定床反應法、噴霧干燥-流化床法等來制備納米WC粉或WC-Co復合粉末，但因為容易引入雜質、或工藝過于復雜、或受設備限制，可以工業化生產復合粉的只有噴霧干燥-流化床法，這種方法的缺陷是不能自由配Co，造成合金成分單一。

對納米硬質合金坯材來說，燒結工序將決定合金質量的優劣。由于納米原料粉末系統具有非常大的表面能，在傳統液相燒結過程中，為減少系統表面能，WC晶粒將迅速長大，因此許多學者研究了納米硬質合金的微波燒結、快速熱壓燒結、放電等離子燒結等燒結技術，目的是加快燒結速率，縮短燒結時間，降低燒結溫度，以控制WC晶粒的長大，但這將導致燒結過程不夠充分、合金晶粒發育不夠完善，無法實現工業應用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術之不足，提供一種高性能WC-Co納米晶硬質合金的制備方法，是以納米WC粉、超細Co粉、VC粉和Cr₃C₂粉作為原料粉，利用酒精濕磨工藝，經真空燒結與熱等靜壓燒結，從而制備出晶粒度小于150納米的高性能納米晶硬質合金，具有工藝簡單，過程控制簡便，生產成本低，制備出的納米晶硬質合金致密化程度高，性能優異的特點。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種高性能WC-Co納米晶硬質合金的制備方法，包括如下步驟：

A．混合料制取步驟；該步驟是選用平均粒度小于400nm的WC粉、平均粒度小于1.5um的Co粉、平均粒度小于1.5um的VC粉和平均粒度小于1.5um的Cr₃C₂粉為原料，其中，Co粉占總原料的3wt%～30wt%，VC粉占總原料的0wt%～2.0wt%，Cr₃C₂粉占總原料的0wt%～2.0wt%，余量為WC粉；并外加石蠟做成形劑，且石蠟的添加量為所述總原料的0.5wt%～3.5wt%；然后，以無水酒精作介質在滾動式球磨機中進行濕磨，硬質合金研磨球與固體原料的球料比為2:1～10:1，無水酒精與固體原料的液固比為100～600mL/kg；球磨30～120小時后進行真空干燥制備成混合料；

B．壓制步驟；將上一步驟制成的混合料壓制成壓坯；其中，壓制壓力為100～250MPa；

C．燒結步驟；將上一步驟制成的壓坯燒結成WC-Co納米晶硬質合金。

進一步的，所述混合料制取步驟還包括將混合料過80目篩網。

進一步的，在混合料過80目篩網后，還包括將混合料放入制粒機中滾動3～15分鐘進行制粒處理。

所述的壓制步驟是將上一步驟制備好的混合料壓制成圓棒形壓坯。

所述的燒結步驟是先將壓制好的壓坯進行真空燒結，燒結溫度控制在1000～1400℃，保溫時間控制在0.5～2小時，然后再進行熱等靜壓燒結，燒結溫度控制在1200～1400℃，保溫時間控制在0.5～2小時，燒結壓力控制在50～200MPa。

本發明的一種高性能WC-Co納米晶硬質合金的制備方法，是采用紫鎢原位還原法生產，以納米碳化鎢（WC）粉、超細鈷（Co）粉、超細碳化釩（VC）粉和超細碳化鉻（Cr3C2）粉作為原料粉，利用酒精濕磨工藝，經真空燒結與熱等靜壓燒結，制備出WC-Co納米晶硬質合金，采用上述方法制備出的納米晶硬質合金，WC晶粒組織完善且清晰可見，采用ISO4499-2規定的方法測量計算200顆以上WC晶粒取平均值，計算得到WC平均晶粒小于150nm，硬度HV30為1900以上、強度TRS為4000MPa以上、金相組織為A02B00C00。

本發明的有益效果是，由于采用了以納米碳化鎢（WC）粉、超細鈷（Co）粉、超細碳化釩（VC）粉和超細碳化鉻（Cr₃C₂）粉作為原料粉，并利用酒精濕磨工藝，經真空燒結與熱等靜壓燒結，來制備出WC-Co納米晶硬質合金，與現有技術相比較，具有如下有益效果：