[發明專利]一種無粘結相超細WC硬質合金制備方法

有效

• 申請號: 201410137867.1
• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN103924144B
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 范景蓮;劉濤;成會朝;鄭虎春;田家敏
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C29/08
• 分類號: C22C29/08;C22C1/05
• 代理公司: 中南大學專利中心 43200
• 代理人: 胡燕瑜

一種無粘結相超細WC硬質合金的制備方法。本發明涉及的無粘結相超細WC硬質合金中Co含量低于0.5wt%，晶粒長大抑制劑占0.3?1.0wt%，其余為WC。設計采用以噴霧熱還原方法制備的含微量晶粒長大抑制劑的超細WC復合粉末和超細WC?Co復合粉末為原料，按一定成分比例配比并添加低于0.4wt%的炭黑粉末之后高能球磨36?72h，通過熱壓或熱等靜壓或氣壓強化燒結方法在1550?1750℃燒結1?3h。所制備的無粘結相超細硬質合金具有優良的綜合性能，維氏硬度達到3000?3500HV_0.05，斷裂韌性達到7.1?8.0MPa·m^1/2，橫向斷裂強度達到900?1200MPa，晶粒尺寸為0.2?0.5μm。該新型硬質合金在要求高耐磨性和高耐腐蝕性的領域中可以得到廣泛應用。

技術領域：

本發明涉及一種無粘結相超細WC硬質合金的制備方法。

背景技術：

常規硬質合金是由WC硬質相和γ-Co粘結相組成的一類很重要的工具材料，它具有高強度、高硬度、高彈性模量、耐磨損、耐腐蝕、低熱膨脹系數以及高化學穩定性等特點，廣泛地用作刀具、鉆具、耐磨零部件等。WC-Co硬質合金的強度和韌性隨著Co含量的增加而提高，但同時Co含量的增加也降低了硬質合金耐磨性和抗腐蝕性能。因此在某些特殊場合，比如要求高硬度、高耐磨性和高抗腐蝕性的工作環境下，傳統WC-Co硬質合金已經無法滿足要求，因此研究新型的無粘結相硬質合金成為了必然的發展趨勢。

無粘結相硬質合金是指含Co低于質量分數0.5 %的一類高耐磨性WC硬質合金，與傳統WC-Co硬質合金相比具有更高的硬度、耐磨性、抗腐蝕性和更優越的拋光特性，同時其原材料成本大大降低，而且減少了由于Co₆₀放射性對人體和環境的影響。由于普通粒度的WC粉末在Co含量極低時無法通過傳統燒結方式制備致密度較高的塊體，而采用超細WC粉末不但可以獲得近全致密結構的合金并且材料的硬度、強度和韌性也會大幅度提高，因此無粘結相超細硬質合金成為硬質合金的一個重要研究方向。

目前，國內外的相關研究主要采用在超細WC粉末中添加微量Co和晶粒長大抑制劑，以此元素混合粉末為原料，經高能球磨后，通過高頻感應電流燒結、熱壓燒結或者放電等離子燒結技術等方法制備無粘結相超細硬質合金。但是球磨混合過程中，微量Co和晶粒長大抑制劑在原料粉末體系內很難分布均勻，這極易造成微量Co和晶粒長大抑制劑的成分偏析，導致燒結過程中WC晶粒異常非均勻長大，使材料表現出不穩定的力學性能，最終嚴重影響到無粘結相超細硬質合金的使用性能，因此無粘結相超細硬質合金一直無法得到實際廣泛應用。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提出一種無粘結相超細WC硬質合金制備方法。

本發明的目的可以通過如下措施來實現：

（1）以噴霧熱還原方法制備含晶粒長大抑制劑的超細WC復合粉末和噴霧熱還原方法制備的超細WC-Co復合粉末，其中超細WC復合粉末中含晶粒長大抑制劑0.3-1.0 wt%，晶粒長大抑制劑為碳化釩、碳化鉻、碳化鈦、碳化鉿、碳化鉭和碳化鈮中的兩種或兩種以上，超細WC-Co復合粉末中Co含量為1-15 wt%，超細WC復合粉末和超細WC-Co復合粉末按比例11-99:1配制無粘結相超細硬質合金成分的超細混合粉末；

（2）添加含量小于混合原料粉末體系0.4 wt%的炭黑粉末；

（3）采用行星式球磨或振動球磨將含晶粒長大抑制劑的超細WC粉末和超細WC-Co復合粉末進行高能球磨處理，球磨轉速為200-500 rpm，球磨時間為36-72 h；

（4）采用不同燒結方式制備無粘結相超細硬質合金：

采用熱壓燒結將粉末進行燒結致密化，熱壓燒結在1750 ℃和20 MPa下進行60min；