[發(fā)明專利]一種可調(diào)控板狀WC晶粒排列狀態(tài)的硬質(zhì)合金的制備方法

有效

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• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN106702247B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發(fā)明（設計）人: 朱敏;王為;魯忠臣;曾美琴;鮑賢勇
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: C22C29/08
• 分類號: C22C29/08;C22C1/05;C22C1/10
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 陳文姬

本發(fā)明公開了一種可調(diào)控板狀WC晶粒排列狀態(tài)的硬質(zhì)合金的制備方法，按合金的理論成分計，稱取的W粉由兩種顆粒大小明顯不同的W原料以一定的重量比例所組成，并稱取石墨粉及Co粉；通過調(diào)節(jié)行星式球磨的工藝參數(shù)先對W?C?Co粉末進行行星式球磨；然后再通過調(diào)控等離子體輔助球磨，獲得由小尺寸片層狀W薄片與大尺度片層狀W薄片共同組成的W?C?Co復合粉末；隨后將球磨粉末進行壓制成型，經(jīng)高溫原位碳化燒結(jié)得到致密的板狀WC晶粒硬質(zhì)合金。本發(fā)明不僅制備工藝簡單，耗能低，而且可實現(xiàn)燒結(jié)塊體中板狀WC排列取向程度的調(diào)控，進一步優(yōu)化了板狀WC晶粒WC?Co硬質(zhì)合金的力學性能，使硬質(zhì)合金具有優(yōu)良的綜合力學性能。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及WC-Co硬質(zhì)合金的制備，特別涉及一種可調(diào)控板狀WC晶粒排列狀態(tài)的硬質(zhì)合金的制備方法。

背景技術(shù)

WC-Co硬質(zhì)合金作為一種具有高硬度、優(yōu)異的耐磨性的硬質(zhì)材料，被廣泛應用于在機加工業(yè)及采掘業(yè)等領域，被譽為“工業(yè)的牙齒”。然而，傳統(tǒng)WC-Co硬質(zhì)合金作為一種金屬陶瓷材料，硬度和強度即耐磨性和韌性(抗裂性)是相互矛盾的兩項特性，在提高硬度往往會犧牲材料的韌性，反之亦然，這就限制了硬質(zhì)合金的進一步發(fā)展。因此發(fā)展同時兼顧高硬度、高強度、高韌性等力學性能的硬質(zhì)合金成為硬質(zhì)合金研究領域的重點。針對這一情況，諸多措施例如制備納米/超細晶WC、雙晶結(jié)構(gòu)WC，Co梯度功能硬質(zhì)合金等可兼顧硬度、強度及韌性的方法均取得了較好的發(fā)展。

WC晶體具有密排六方結(jié)構(gòu)，作為一種六方晶系的各向異性晶體，其(0001)晶面上的硬度要高于其它晶面上的硬度。但傳統(tǒng)WC-Co硬質(zhì)合金中的WC晶粒多為三角或者多角棱柱狀體，若三角或多角棱柱狀體的發(fā)生(0001)面的擇優(yōu)長大，則可轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍫頦C晶粒，且隨著(0001)面所占比例的WC晶粒所占比例的增加，合金整體硬度和韌性都會得到提高。因此，含板狀WC晶粒的硬質(zhì)合金要比傳統(tǒng)硬質(zhì)合金具有更好的綜合力學性能，在實際應用中具有其獨特的優(yōu)勢，是硬質(zhì)合金領域中的一個新的發(fā)展方向。

目前，制備板狀WC的所使用的原材料一般為以下3種：單質(zhì)W粉末、WC粉末、W_xCo_yC粉末等。這些方法的共同特點是在于制備板狀WC流程的前期階段中，優(yōu)先制備出具有后期燒結(jié)過程中可生成板狀形態(tài)WC的前驅(qū)體(特殊處理的W、WC、W_xCo_yC等)。

研究報道稱采用微米級W粉，經(jīng)特殊處理后，促使W轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍫铙w來制備含板狀WC晶粒的硬質(zhì)合金。但該類方法的缺點在于板狀體W的含量低，需要提高燒結(jié)溫度及延長燒結(jié)時間來獲得板狀WC，不僅板狀WC的產(chǎn)量低，難以實現(xiàn)對板狀WC的比例調(diào)控，制備周期長，工藝繁瑣，能耗高。

中國專利CN101117673A及CN101376931A中公布了“含(大塊)板狀碳化鎢晶粒的硬質(zhì)合金的制備方法”。該方法中采用高能球磨對板狀WC晶種及Co進行球磨制備混合料，后續(xù)熱壓燒結(jié)得到了板狀WC與常規(guī)WC晶粒組成的混晶結(jié)構(gòu)。但由于板狀邊長通常在3～8μm，板狀WC晶粒的尺寸較大，對硬質(zhì)合金的強化不利。并且板狀WC具有垂直于壓制力方向的(0001)面的擇優(yōu)取向特征，導致了合金力學性能的各向異性。

中國專利CN1068067C公布了“含片晶碳化鎢的硬質(zhì)合金及其制備方法”，其采用兩步法工藝，即先制備出含Co₃W₃C，Co₆W₆C等的片晶WC形成粉末，再將該粉末與碳源化合物來制備含片晶WC的硬質(zhì)合金。但該方法的缺點是工藝穩(wěn)定性差。