[發(fā)明專利]一種B4C增韌WC復合材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710145781.7
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN106946570A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李小強;曹廷;屈盛官;李京懋;楊帆;張民愛;梁良
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: C04B35/56
• 分類號: C04B35/56;C04B35/63
• 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: 羅嘯秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種B₄C增韌WC復合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

WC-Co硬質(zhì)合金，是一種常見的、重要的硬質(zhì)合金種類(YG系列)，廣泛地應用于現(xiàn)代刀具材料、耐磨、耐腐蝕和耐高溫材料領(lǐng)域，有現(xiàn)代工業(yè)的牙齒之稱。純WC材料很難燒結(jié)致密，即使燒結(jié)致密，燒結(jié)溫度也往往在2000℃以上，如此高的燒結(jié)溫度對設(shè)備本身也是一種損害，并且燒結(jié)后斷裂韌性只有～4MPa·m^1/2。Co作為WC燒結(jié)時的一種粘結(jié)相，對WC有非常好的潤濕性，同時能使WC燒結(jié)溫度降低到～1400℃，燒結(jié)時Co成為液相，大大增加WC顆粒擴散速率，使燒結(jié)致密，燒結(jié)后碳化鎢復合材料通常斷裂韌性在～12MPa·m^1/2。然而，Co資源的在世界的分布十分不均衡，中國的Co資源極其匱乏，嚴重依賴進口，使得Co原料的供應也存在很多不穩(wěn)定因素。同時Co作為一種粘結(jié)劑，降低了WC材料的硬度，耐腐蝕性和耐高溫性，限制了WC材料在某些極端服役環(huán)境下的應用。因此，尋找一種常見的來源廣泛的非粘結(jié)相的材料來替代Co，擺脫對國外的依賴，同時提高WC類硬質(zhì)合金的硬度和高溫性能就顯得非常重要。

目前在對無粘結(jié)相WC材料的研究中，常采用兩種手段來提高其斷裂韌性。一是通過晶粒細化的方式，能夠同時起到改善硬度和斷裂韌性的效果；二是添加陶瓷相顆粒/纖維，或者陶瓷相的相變來改善其斷裂韌性。目前自然界中三種最硬的材料，分別為金剛石，立方氮化硼和碳化硼。其中，后兩者由于合成的便利性常用于取代金剛石做為刀具磨具材料。cBN(立方氮化硼)是一種高硬度的類金剛石材料，常用于制造刀具和磨料。但其晶系為立方晶系，WC為六方晶系，由于其微觀結(jié)合性的限制，其對性能的提升是有限的。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決以上現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種B₄C增韌WC復合材料。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述B₄C增韌WC復合材料的制備方法。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種B₄C增韌WC復合材料，由99.75～99.99wt.％的WC，0.01～0.25wt.％的B₄C以及不可避免的微量雜質(zhì)組成。

上述B₄C增韌WC復合材料的制備方法，包括以下制備步驟：

(1)將WC粉體、B₄C和有機溶劑置于球磨機中進行濕式球磨，制得球磨漿料；

(2)將球磨漿料干燥除去溶劑后過篩，獲得顆粒尺寸≤300μm的復合粉末；

(3)將復合粉末置于模具中燒結(jié)固化成形，得到無粘結(jié)相的B₄C增韌WC復合材料。

優(yōu)選地，步驟(1)中所述的有機溶劑為乙醇。

優(yōu)選地，步驟(2)中所述的干燥是指干燥至溶劑殘余質(zhì)量≤1％。

優(yōu)選地，步驟(3)中所述的燒結(jié)是指采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)進行燒結(jié)，具體燒結(jié)條件如下：

燒結(jié)電流類型為直流脈沖電流；

燒結(jié)壓力：30～50MPa；

燒結(jié)氣氛：低真空≤6Pa；

升溫速率：50～300℃/min；

燒結(jié)溫度：1650～1850℃；

保溫時間：0～10min。

本發(fā)明的復合材料及制備方法具有如下優(yōu)點及有益效果：

(1)本發(fā)明采用B₄C對WC進行增韌，B₄C所屬晶系為六方晶系，與WC屬同一晶系，細小的WC晶粒和B₄C的顆粒增韌機制有助于提高基體材料韌性，同時保持基體材料本身的高硬度；

(2)本發(fā)明制備的WC復合材料是一種由B₄C增韌的不含有任何金屬粘結(jié)相的WC復合材料，它具有很高的硬度、耐磨性、抗氧化性能以及較好的韌性，適合作為刀具材料或者模具材料；

(3)本發(fā)明制備的WC復合材料不含有Co，與傳統(tǒng)WC-Co硬質(zhì)合金相比，它不僅可以降低成本，還可以節(jié)約稀缺而且具戰(zhàn)略性的Co資源，更為重要的是，本發(fā)明所使用的B₄C已經(jīng)較好的商業(yè)化，來源廣泛。

附圖說明

圖1為實施例1所得B₄C增韌WC復合材料的XRD譜圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。