[發明專利]一種表層富鈷無立方相梯度硬質合金

在審

• 申請號: 201710973297.3
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN109680196A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 王東玉
• 申請（專利權）人: 王東玉
• 主分類號: C22C29/02
• 分類號: C22C29/02;C22C1/05;C22C1/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

為了改善硬質合金的硬度、耐磨性，制備了一種表層富鈷無立方相梯度硬質合金。采用WC粉末、Co粉末、TiN粉末、TiC粉末、VC粉末和Cr₃C₂粉末為原料，表層富鈷無立方相梯度硬質合金，TiN的含量對硬質合金的性能產生重要的影響。TiN的添加量過多則會在硬質合金表面形成過厚的分布不均勻的氮化物相，導致硬質合金的力學性能降低。TiN的添加量過少則不能在硬質合金表面形成氮化物相，導致對硬質合金性能提升的失敗。所制得的表層富鈷無立方相梯度硬質合金，其硬度、致密化程度、抗彎強度都得到大幅提升。本發明能夠為制備高性能的梯度硬質合金提供一種新的生產工藝。

所屬技術領域

本發明涉及一種硬質合金材料，尤其涉及一種表層富鈷無立方相梯度硬質合金。

背景技術

硬質合金是一種由硬質相(WC、TiC、TaC、VC和Cr，C：等)和粘結相(Co、Ni和Fe)采用粉末冶金工藝生產的具有高硬度和高耐磨性材料，廣泛應用于切削刀具、礦用工具、模具、量具、耐磨零件以及機械密封等工業領域。硬質合金由脆性的硬質相和韌性的粘結相組成，其主要特性決定了硬質合金材料存在耐磨性與韌性之間的矛盾，這種矛盾在傳統的均勻結構硬質合金中難以解決。

隨著各種精密儀器、模具、刀具及電子通信技術的飛速發展，對WC-Co硬質合金的性能要求越來越高。實際摩擦磨損工況下硬質合金零件的失效形式主要為表面磨損。采用表面處理技術在不降低硬質合金基體韌性的基礎上可以強化硬質合金表面，提高硬質合金表面硬度和耐磨性，從而延長硬質合金零件使用壽命。

發明內容

本發明的目的是為了改善硬質合金的硬度、耐磨性，設計了一種表層富鈷無立方相梯度硬質合金。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

表層富鈷無立方相梯度硬質合金的制備原料包括：平均粒徑為0.8μm、純度大于99.99wt%WC粉末，平均粒徑為0.8μm、純度大于99.9wt%Co粉末，平均粒徑為1μm、純度大于99.95wt%TiN粉末，平均粒徑為1μm、純度大于99.95wt%TiC粉末，平均粒徑為0.8μm、純度大于99.95wt%VC粉末和平均粒徑為1μm，純度大于99.95wt%Cr₃C₂粉末。

表層富鈷無立方相梯度硬質合金的制備步驟為：將原始粉末按實驗設計方案稱重、配料，配好后倒入行星球磨機中進行濕磨，球磨介質為四氯化碳，球磨機轉速為60r/min，球料比為7：1，球磨時間為38h。球磨結束后，將制得的粒料進行真空干燥，干燥時間為50min，干燥溫度為40℃，隨后加入石蠟作為成形劑進行制粒。將制好的粉末加至自動壓機中進行壓制成形，然后進行冷等靜壓，壓制壓力為180MPa。將制好的壓坯放入真空燒結爐中進行燒結，燒結溫度為1460℃，保溫時間為90min。

表層富鈷無立方相梯度硬質合金的檢測步驟為：質量用F210型電子天平，密度采用阿基米德排水法，物相分析用D8Advance型X射線衍射儀，微觀結構采用NanoSEM430超高分辨率場發射掃描電鏡，硬度和斷裂韌性通過Vickers壓痕法測量。

所述的表層富鈷無立方相梯度硬質合金，TiN的添加能夠提升硬質合金的力學性能。TiN的作用主要是能夠在硬質合金表面產生氮化物相，使硬質合金的韌性、硬度得到提高。TiN還能夠抑制燒結過程中硬質合金晶粒的長大，使硬質合金內部具有更均勻的物相組成，也是硬質合金性能提升的關鍵。

所述的表層富鈷無立方相梯度硬質合金，TiN的含量對硬質合金的性能產生重要的影響。TiN的添加量過多則會在硬質合金表面形成過厚的分布不均勻的氮化物相，導致硬質合金的力學性能降低。TiN的添加量過少則不能在硬質合金表面形成氮化物相，導致對硬質合金性能提升的失敗。

所述的表層富鈷無立方相梯度硬質合金，真空燒結這一工藝有益于TiN的活化及氮化物的合成，使硬質合金表面能夠生成均勻的氮化物相，使制得的硬質合金具有優異的力學性能。