[發明專利]一種石墨烯改性硬質合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201810631969.7
• 申請日: 2018-06-19
• 公開（公告）號: CN110616351B
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 陳名海;馬青龍;劉寧;李清文
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C1/05;C22C29/08;C01B32/19
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

本發明公開了一種石墨烯改性硬質合金及其制備方法。所述制備方法包括：將石墨、分散劑、硬質合金和溶劑均勻混合，并進行高能球磨處理將石墨剝離成石墨烯，得到包含石墨烯與硬質合金的硬質合金復合粉體，之后進行干燥、造粒、壓制成型、脫膠、燒結等處理，獲得石墨烯改性硬質合金。本發明利用硬質合金粉末球磨工序，可同時實現石墨烯的剝離分散與硬質合金粉的球磨細化，避免單獨剝離石墨烯的繁瑣工藝，精密結合粉末冶金工藝，不改變現有工藝條件下就可實現高效快速制備目標材料；同時，采用機械球磨原位剝離的石墨烯具有結構完整、缺陷程度低等優點，能顯著提高其燒結穩定性，對硬質合金性能及晶粒細化具有顯著效果，具有重要的工業應用前景。

技術領域

本發明涉及一種硬質合金材料，特別涉及一種石墨烯改性硬質合金的制備方法，屬于新材料技術領域。

背景技術

硬質合金有高熔點碳化物為硬質相、金屬Co或者Ni為粘結劑的金屬陶瓷復合材料，具有超高的硬度和強度、優異的紅硬性，被廣泛應用于機械、礦山、石油、鉆探等行業，被譽為工業牙齒。隨著經濟水平和規模的增長，工業領域對硬質合金的需求越來越大，并對其性能提出了更加苛刻的要求，必須兼顧硬度、強度和韌性的匹配，以勝任高精密、高效率的切削加工。通過進一步細化晶粒尺寸能夠同時實現強度和韌性的提高，成為多年來研究的熱點，并開發多種晶粒細化劑。

石墨烯作為人類認知的最薄的材料，同時其超強的C-C共價鍵也賦予其超強的力學性能，且柔韌特性使其能緊密貼合在任何基底上。以碳納米管和石墨烯作為增強材料的研究已經為其應用展現出誘人前景。石墨烯在硬質顆粒晶界面的引入，能夠抑制晶粒的異常長大，且留存的石墨烯也能發揮很好地增強改性功能，為獲得細晶強韌性硬質合金具有很好效果。中國發明專利201210246491.9和201210262916.5公開了一種石墨烯改性硬質合金的制備方法，以氧化石墨烯為原料，利用將其分散后與硬質合金粉復合，進而制備石墨烯改性的硬質合金。由于制備高品質石墨烯，尤其是氧化石墨烯工序繁瑣，成本居高不下，難以滿足大規模應用的需求。因此開發更加廉價高效的制備技術，對于該新型硬質合金的規模應用具有重要意義。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種石墨烯改性硬質合金及其制備方法，以克服現有技術中的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種石墨烯改性硬質合金的制備方法，其包括：

將石墨、分散劑、硬質合金和溶劑均勻混合，并進行高能球磨處理將石墨剝離成石墨烯，得到包含石墨烯與硬質合金的硬質合金復合粉體；

對所述硬質合金復合粉體進行造粒、壓制成型、脫膠、燒結處理，獲得石墨烯改性硬質合金。

進一步地，所述石墨包括天然鱗片石墨和/或膨脹石墨。

進一步地，所述硬質合金包含80～95wt％WC、0.2～2wt％CrC、5～15wt％Co和0.2～2wt％TaC。

進一步地，所述高能球磨處理包括行星式球磨、機械攪拌式球磨、振動式球磨和滾筒式球磨中的任意一種或兩種以上的組合。

本發明實施例還提供了由前述方法制備的石墨烯改性硬質合金。

與現有技術相比，本發明的優點包括：

1)在本發明中，由于硬質合金粉體中的碳化物自身具有高硬度特點，在球磨過程中能夠對石墨進行有效研磨，發揮超細研磨介質的功能，能夠很好地實現對石墨材料的片層剝離，獲得石墨烯材料；

2)本發明將石墨烯剝離工藝結合在硬質合金球磨工藝中，合二為一，可同時實現石墨烯的剝離分散與硬質合金粉的球磨細化，避免單獨剝離石墨烯的繁瑣工藝，精密結合粉末冶金工藝，在不改變現有工藝條件下就可實現高效快速制備石墨烯，顯著提高石墨烯制備效率，簡化硬質合金制備工藝，具有很強的實際應用價值；