[發(fā)明專(zhuān)利]一種硬質(zhì)合金、制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310738385.7
• 申請(qǐng)日: 2013-12-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103710604A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭文;卿林;李重漸;龔南雁;吳志堅(jiān);金鵬;孔德方
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C22C29/08
• 分類(lèi)號(hào): C22C29/08;C22C1/05;B01J3/06
• 代理公司: 北京聿宏知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;劉華聯(lián)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)合金、制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

細(xì)晶粒、超細(xì)硬質(zhì)合金因其高硬度、高強(qiáng)度的優(yōu)異性能而成為高效精密刀具等要求耐磨性、穩(wěn)定性領(lǐng)域的理想材料。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的推廣，除了耐磨性好，對(duì)其剛性及韌性的要求也越來(lái)越高。細(xì)顆粒合金的制備方法通常為：用0.6～1.0μm細(xì)顆粒WC添加Co和抑制劑，經(jīng)滾動(dòng)球磨、干燥制備混合料、壓制和脫蠟燒結(jié)完成，這種制備方法因球磨時(shí)間一般為60～100小時(shí)，WC活性大，缺陷較多，WC、Co的晶粒尺寸不能達(dá)到微米級(jí)的充分均勻而易造成結(jié)構(gòu)不均勻甚至鈷池出現(xiàn)，使使用性能下降，同時(shí)細(xì)顆?；旌狭系膲褐菩阅茌^差，生產(chǎn)合格率較低。

在高溫高壓應(yīng)用領(lǐng)域，隨著人造金剛石行業(yè)對(duì)大腔體合成工藝的需求日益增大，復(fù)合片、寶石級(jí)大單晶新的應(yīng)用領(lǐng)域不斷出現(xiàn)，頂錘材質(zhì)的發(fā)展方向逐步明朗為細(xì)晶粒合金。其優(yōu)點(diǎn)是抗壓強(qiáng)度高，高溫性能下降慢，不易塌錘。目前工業(yè)化應(yīng)用的細(xì)顆粒頂錘的鈷含量一般是8%左右，合金晶粒度為0.8～1.0μm。與中顆粒頂錘相比，細(xì)顆粒頂錘的塌錘率明顯下降，但頂錘極易在合成棱邊碎裂，甚至整個(gè)頂頭碎裂，原因主要是細(xì)顆粒合金材質(zhì)變脆，抗拉強(qiáng)度下降，抗疲勞能力及韌性差引起。

WC/Co復(fù)合粉是生產(chǎn)細(xì)顆粒合金的優(yōu)質(zhì)原料，含有超細(xì)WC和Co晶粒，這種粉末實(shí)現(xiàn)了WC和Co在微米尺度下的均勻分布，可以避免原料濕磨過(guò)程中混合不均勻的現(xiàn)象，有利于生產(chǎn)出成分均勻的硬質(zhì)合金，同時(shí)復(fù)合粉中Co充分包覆WC，經(jīng)液相燒結(jié)后粘結(jié)相的強(qiáng)度高，合金韌性高，與常規(guī)細(xì)顆粒WC原料生產(chǎn)的合金相比，在同等硬度、強(qiáng)度下，韌性一般提高10%以上。非常適應(yīng)既要耐磨性、抗壓性好，又要有較好的剛性及韌性的應(yīng)用領(lǐng)域，因此，用復(fù)合粉生產(chǎn)的合金具有更好的綜合性能。

WC/Co復(fù)合粉中Co能充分包覆WC、生產(chǎn)流程短、最終合金結(jié)構(gòu)均勻，綜合性能高等特點(diǎn)，使其成為國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家爭(zhēng)相研究的對(duì)象。WC/Co復(fù)合粉的制備有很多專(zhuān)利報(bào)道，但將其用于硬質(zhì)合金制備的工業(yè)化報(bào)道則很少。吳沖滸在《中國(guó)超細(xì)晶硬質(zhì)合金及原料制備技術(shù)進(jìn)展》中指出：復(fù)合粉產(chǎn)品中WC在較低溫度下(＜1000℃)碳化生成，活性較高，粉末顆粒高溫敏感性強(qiáng)，燒結(jié)時(shí)WC晶粒容易異常長(zhǎng)大。特別是長(zhǎng)時(shí)間的球磨，難于生產(chǎn)晶粒均勻的超細(xì)晶硬質(zhì)合金，在合金球磨、燒結(jié)時(shí)需嚴(yán)格控制，防止WC晶粒異常長(zhǎng)大。

專(zhuān)利“PCB工具用超細(xì)硬質(zhì)合金的制備方法”（200910044493.8）公開(kāi)了一種用WC/Co復(fù)合粉制備超細(xì)合金的方法：配料，濕磨，干燥，壓制成型，低壓燒結(jié)工序，不同的是配料時(shí)選用亞晶尺寸為50～100ｎｍ的WC/Co復(fù)合粉為原料，再配入或不配入Ｃｏ粉而達(dá)到重量百分比為5～10％的Ｃｏ含量，還配入重量百分比0.1～1.0%的Cr₃C₂，重量百分比0.1～1.0%的VC，配料計(jì)算的碳平衡值為+0.1～+0.3％，低壓燒結(jié)的溫度為1380～1420℃，壓力為7.5～10Mpa。該發(fā)明使制備的超細(xì)硬質(zhì)合金金相組織結(jié)構(gòu)均勻，無(wú)異常長(zhǎng)大晶粒，用這種超細(xì)硬質(zhì)合金生產(chǎn)的PCB工具的耐磨性和孔位精度大大提高。其球磨時(shí)間為60-100小時(shí)。

上述專(zhuān)利由于球磨時(shí)間長(zhǎng)，增氧嚴(yán)重，必須補(bǔ)高碳量，且產(chǎn)品容易脫碳，不易控制，同時(shí)，球磨時(shí)間長(zhǎng)，混合料的壓制性能變差，即使是對(duì)小型棒材壓制也極易出現(xiàn)裂紋、分層，更不能用于壓制大型頂錘。雖然還有其他高能球磨的方法如行星式高能球磨，容量小，多用于實(shí)驗(yàn)室級(jí)研究，工業(yè)化應(yīng)用未見(jiàn)報(bào)道。

專(zhuān)利200810143678.X、200910044636.5、201010154111.X、201010246975.4涉及攪拌球磨制備制備硬質(zhì)合金混合料的方法，主要涉及對(duì)攪拌球磨的基本參數(shù)改進(jìn)，以保證球磨料漿滿足生產(chǎn)要求。但攪拌球磨機(jī)中底部易沉粉、筒壁易粘粉。罐底部有死角等問(wèn)題，無(wú)法得到根本解決。上述問(wèn)題是影響球磨效果甚至妨礙球磨順利進(jìn)行的技術(shù)難題，將使得材料在合金化過(guò)程中無(wú)法產(chǎn)生均勻、深化的效果，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)難以精確，工藝的穩(wěn)定性差。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述不足，本發(fā)明以WC/Co復(fù)合粉為原料，通過(guò)攪拌球磨和低壓燒結(jié)得到一種細(xì)顆粒硬質(zhì)合金。具體為在大的球料比下（一般為5:1以上），精確控制料漿的流速，使得粉末松比大和極易沉淀分層的復(fù)合粉在短時(shí)間內(nèi)被研磨破碎并混合均勻，達(dá)到批量穩(wěn)定制備混合料的效果，后經(jīng)壓制和低壓燒結(jié)等獲得成分、結(jié)構(gòu)均勻，綜合性能好的細(xì)顆粒合金。所述細(xì)顆粒硬質(zhì)合金特別適用于高壓及耐磨零件應(yīng)用領(lǐng)域，尤其適合人造金剛石合成領(lǐng)域。

因此，本發(fā)明的目的之一是提供一種細(xì)顆粒硬質(zhì)合金。