[發明專利]一種梯度結構WC-Co硬質合金的制備方法

有效

• 申請號: 201611135742.0
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN106702249B
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發明（設計）人: 鄭勇;周偉;柯崢;趙毅杰;章國濤;張家杰
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C22C29/08
• 分類號: C22C29/08;C22C1/05;C22C1/10
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本發明公開了一種梯度結構WC?Co硬質合金的制備方法，以WC粉、WO3粉、Co粉和石墨粉為主要原料配制混合料，然后經混料、添加成型劑、壓制成型和脫脂工序，最后在真空燒結爐中進行高溫燒結，在一個完整的熱循環中得到具有梯度結構的WC?Co硬質合金。本發明制備的合金表面區域富含WC硬質相，芯部區域富含Co粘結相。材料不僅具有較高的強度而且表面硬度也得到了極大提高，硬度從外往里逐漸遞減。該方法采用的原料價格低廉且無需進行滲碳處理，工藝流程簡單，制造成本低，生產率高，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種梯度結構WC-Co硬質合金的制備方法，屬于粉末冶金技術領域。

背景技術

WC-Co硬質合金因具有硬度高、耐磨性好、紅硬性高且化學性能穩定等一系列優良特性，已廣泛用于機械加工、模具成型、鑿巖采礦、石油勘探和建筑工具等領域。然而，傳統WC-Co硬質合金內外組織均勻，機械性能一致，使得這種均質材料的硬度和強韌性之間存在難以調和的矛盾。當材料的硬度較高時，其耐磨性較好，但是強韌性明顯要低；而當強韌性較好時，材料的硬度則有所下降，導致材料的耐磨性下降。上述不足嚴重制約了WC-Co硬質合金的發展。一般來說，強韌性要求較高時往往是以硬度的下降為代價的，反之亦然。

為解決上述矛盾，目前主要有兩種方法：一種是用PVD或CVD的方法在強韌性較佳的硬質合金基體表面涂覆高硬度的涂層。然而此類方法設備價格昂貴，且涂層與基體之間成分不同，存在明顯的界面，二者的物理性能也相差甚遠，在使用過程中，由于外載或熱應力的作用會導致涂層很快剝落；另一種是制備由外往里呈連續梯度變化的硬質合金材料，即梯度結構硬質合金，該類材料由于成分與組織呈連續梯度變化，可以較好地解決上述問題。

制備梯度結構硬質合金的方法有多種，其中較成熟且已用于工業生產的是滲碳擴散法。中國專利CN85108173A在申請書“最適合于巖石鉆孔和礦石切割的硬質合金體”中公布了一種制備梯度結構硬質合金的方法。該法首先通過采用低碳量的混合料制備出含有η相的硬質合金基體，然后在高溫下對其進行固相滲碳處理得到鈷相呈現梯度分布的硬質合金。此種梯度材料表面鈷含量較低，過渡層鈷量較高，但是芯部含有脆性η相，η相的存在會使材料的強韌性有所降低；中國專利CN102002664B公布了“一種梯度結構硬質合金的制備方法”。該法首先對已具有正常組織的硬質合金進行表層脫碳處理，得到梯度硬質合金前驅體，再對其進行固體滲碳處理，從而得到表面層鈷相呈現梯度的梯度結構硬質合金，其芯部沒有脆性η相，從而具有更好的使用性能，但是這種方法受前期脫碳處理的影響較大，且梯度層厚度有限；中國專利CN101724760B公布了“表面硬化的功能梯度硬質合金及其制備方法”。該法包括如下過程：制備碳化鎢—鈷混合料、壓制、燒結以及在具有滲碳氣氛的爐中熱處理該已燒結的碳化鎢—鈷燒結體，其中熱處理的溫度范圍在固相碳化鎢、液相鈷及固相鈷三相共存區，最終得到表層鈷含量低于基體鈷含量的梯度結構硬質合金，該法制備的梯度結構硬質合金的芯部也沒有脆性η相，但梯度層厚度有限。

上述幾種制備梯度結構硬質合金的方法均需要對合金進行固態或氣態滲碳處理，該過程不僅工藝周期長、能耗高，而且需要通入滲碳介質。

鑒于上述情況，有必要開發出一種高性能低成本的梯度結構WC-Co硬質合金制備方法。

發明內容

為解決現有技術不足，本發明提供了一種梯度結構WC-Co硬質合金的制備方法。本方法是基于原位碳熱還原三氧化鎢制備梯度結構WC-Co硬質合金，且在一個完整的熱循環中獲得梯度結構，無需進行固相或氣相滲碳處理。

實現本發明的具體步驟如下：

步驟(1)：配制混合料，其成分質量份數為：W為61.64-76.38，C為9.91-11.89，O為6.49-10.06，Co為7.08-16.41。配制上述成分的混合料時，所用原料為WC粉、WO3粉、Co粉和石墨粉；