[發(fā)明專(zhuān)利]一種超耐磨碳化鎢硬質(zhì)合金放電等離子體燒結(jié)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810019895.1
• 申請(qǐng)日: 2018-01-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108276001A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬認(rèn)琦;鞠少棟;徐鴻飛;邢洪憲;王超;王世強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司;中海油能源發(fā)展股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C04B35/56
• 分類(lèi)號(hào): C04B35/56;C04B35/622;C04B35/645
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專(zhuān)利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 琪琛

本發(fā)明公開(kāi)了一種超耐磨碳化鎢硬質(zhì)合金放電等離子體燒結(jié)方法，用經(jīng)過(guò)真空或惰性氣體保護(hù)的無(wú)粘結(jié)相的納米WC粉為原料，加入純度為99.9％、粒度為20?30nm的Co粉，加入純度為99.9％、粒度為40?50nm的CaC2粉。放入高強(qiáng)度的石墨模具中壓實(shí)，置于SPS放電等離子燒結(jié)裝置的上下電極之間。抽真空使真空度達(dá)到6Pa，在石墨模具的承受范圍內(nèi)將單軸壓力加至50MPa后升溫，保溫5分鐘即得無(wú)粘結(jié)相納米碳化鎢硬質(zhì)合金。本發(fā)明的制備方法，采用SPS技術(shù)燒結(jié)碳化鎢材料，將Co的加入量保持在接近于低Co燒結(jié)時(shí)1％的含量，并且在燒結(jié)助劑中添加CaC2，從而克服隨著Co含量的增加，WC的硬度逐漸減小的缺點(diǎn)，并且Co含量高于1％，同時(shí)保證有鈷燒結(jié)時(shí)的韌性?xún)?yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于硬質(zhì)合金粉末燒結(jié)領(lǐng)域，涉及一種碳化鎢的燒結(jié)工藝，具體涉及一種超耐磨碳化鎢硬質(zhì)合金放電等離子體燒結(jié)方法。

背景技術(shù)

碳化鎢屬高硬陶瓷材料，硬而脆，除了作研磨材料外，碳化鎢很少直接使用。由于碳化鎢硬度僅次于金剛石、陶瓷、寶石和立方氮化硼而具有良好的耐磨性，是一種為工具和受強(qiáng)力作用的裝置或部件提供耐磨性的重要硬面材料，可以成十倍或幾十倍，甚至上百倍地提高部件的耐磨性。WC-Co系硬質(zhì)合金越來(lái)越得到了人們的重視。Co作為燒結(jié)過(guò)程中常用的粘結(jié)相，其含量的增加會(huì)對(duì)WC-Co系硬質(zhì)合金的硬度、斷裂韌性、耐磨性等力學(xué)性能產(chǎn)生一定影響。通常在Co含量小于1wt％時(shí)，由于Co含量的不足，在燒結(jié)過(guò)程中所產(chǎn)生的液相數(shù)量要比常規(guī)的WC-Co系硬質(zhì)合金少很多，WC顆粒較難被液相完全浸潤(rùn)，從而使合金致密化過(guò)程較為困難；同時(shí)，由于無(wú)粘結(jié)相WC-Co系硬質(zhì)合金的燒結(jié)溫度極高，其在燒結(jié)過(guò)程中容易形成晶粒的異常長(zhǎng)大現(xiàn)象，因此控制Co含量對(duì)碳化鎢硬質(zhì)合金燒結(jié)一直是一大難題。

SPS放電等離子體燒結(jié)作為一種全新的材料燒結(jié)技術(shù)，可應(yīng)用于燒結(jié)金屬材料、陶瓷材料、梯度材料、復(fù)合材料、形狀記憶合金及納米晶體塊材料等材料，同時(shí)可應(yīng)用于材料的連接加工。其燒結(jié)時(shí)間短、冷卻快，因此燒結(jié)成品的晶粒很細(xì)，致密度很高。其燒結(jié)過(guò)程是對(duì)石墨模具中的粉末施加脈沖電流，通過(guò)給予很大的軸向壓力，經(jīng)放電火化過(guò)程、熱塑變形過(guò)程及真空保護(hù)氣冷卻后，制備得到高性能材料的一種全新技術(shù)。不同于以往的氣壓燒結(jié)和熱壓燒結(jié)技術(shù)，放電等離子燒結(jié)速度快、溫度高，同時(shí)可施加很大的軸向壓力，從而可以于制備難熔硬質(zhì)合金，實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)合金快速完全的致密化。該技術(shù)燒結(jié)而成的硬質(zhì)合金具有組織結(jié)構(gòu)均勻、致密性良好、綜合力學(xué)性能優(yōu)異等特點(diǎn)。

碳化鈣(CaC2)屬于離子型碳化物，晶型屬四方晶系，在CaC2晶體的[:C≡C:]2-離子中，C-C距離為120pm，相當(dāng)于碳碳叁鍵的鍵長(zhǎng)，所以其本身較穩(wěn)定。碳化鈣俗稱(chēng)電石，它的特性在于能導(dǎo)電，純度越高，導(dǎo)電越容易，在SPS燒結(jié)中能增加粉末的導(dǎo)電性，改變燒結(jié)性能。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，公開(kāi)號(hào)為CN101338382A的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種高強(qiáng)度硬質(zhì)合金的制備方法，該方法的不足在于Co含量達(dá)到了6～16％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了低Co燒結(jié)要求的1％，由于Co含量的增加，WC的硬度逐漸減小，只有80-92.5HRA。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種超耐磨碳化鎢硬質(zhì)合金放電等離子體燒結(jié)方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中隨著Co含量的增加，WC的硬度逐漸減小的問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種超耐磨碳化鎢硬質(zhì)合金放電等離子體燒結(jié)方法，包括以下步驟：

(1)配料：用經(jīng)過(guò)真空或惰性氣體保護(hù)的無(wú)粘結(jié)相的納米WC粉為原料，純度為99.9％、粒度為20-30nm的Co粉，加入純度為99.9％、粒度為40-50nm的CaC2粉，裝入球磨機(jī)，加入酒精研磨，烘干，過(guò)篩；