[發明專利]一種碳鎢鈷復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201811258411.5
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109266940B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 任富增;李小強;趙璨璨;趙予生
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: C22C29/06
• 分類號: C22C29/06;C22C1/05;B22F3/105;B22F5/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 潘登

本發明涉及一種碳鎢鈷復合材料及其制備方法和應用，所述碳鎢鈷復合材料為碳化鎢、鎢鈷碳化物和鈷三相構成的三元復合材料，按摩爾百分含量計，所述復合材料包括以下組分：20?35％鎢、50?65％鈷和1?30％碳。本發明通過高能球磨機械合金化和放電等離子體燒結技術相結合原位反應燒結制備得到上述三元復合材料，所制備的塊體碳鎢鈷復合材料的硬度和韌性高，在室溫及高溫環境下耐磨性能優異，其維氏硬度為8.0?11.0GPa，斷裂韌性為10.0?15.0MPa·m^1/2，磨損率為0.5?4.0×10?6mm³/(N·m)，可作為新型的高端刀具材料，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及硬質合金制備領域，具體涉及一種碳鎢鈷復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

碳化鎢硬質合金材料在硬質合金體系中占據了重要的地位，被譽為“現代化工業味精”稱號。該材料具有硬度高、彎曲強度大、化學穩定性和高溫環境下適宜的具有極強的耐磨性等優良的物理性能，在全球現代化工業的發展中起著不可替代的作用，已經廣泛應用于國民經濟、社會生活和國防建設的各個領域，極大的帶動了社會的進步和經濟的發展。

為了進一步將碳化鎢基硬質合金應用到高速超精密加工儀器領域，提高碳化鎢復合材料的綜合力學性能和高溫耐磨性能迫在眉睫。例如CN104451322A公開了一種碳化鎢基硬質合金及其制備方法，將鉬粉、碳化釩、碳化鉻、碳化鈦、碳化硅、氧化釔中的至少五種按一定比例組成增益劑，可抑制碳化鎢晶粒過快和/或不規則生長，使碳化鎢基硬質合金具有更高的強度、韌性和塑性。CN108624772A公開了一種超細晶碳化鎢基硬質合金材料及其制備方法，該超細晶碳化鎢基硬質合金，以重量百分數計包括鈷8％，碳化鎢90.2-90.8％，碳化釩0.2-0.8％，立方氮化硼1％。該方法采用放電等離子燒結技術，在真空氣氛保護下，以100±20℃/min的升溫速率持續升溫到1250-1300℃，控制壓力為30±2Mpa，制得超細晶碳化鎢基硬質合金。CN102560215A公開了一種Ni3Al粘結的超細晶碳化鎢基硬質合金及其制備方法，包括：稀土六硼化物(ReB₆)含量在0.01～0.1％之間，碳化鉻(Cr₂C₃)在0.05～0.5％之間，碳化釩(VC)在0.05～0.5％之間，鎳鋁(Ni₃Al)在5～40％之間，其余為碳化鎢粉。通過模壓成型工藝將混合粉末壓制成具有一定形狀的生坯，經過脫脂，燒結后得到Ni3Al粘結的超細晶碳化鎢基硬質合金。

近年來，隨著碳化鎢硬質合金材料材料的不斷發展，改善其性能的方法越來越多。在刀具制備領域，雖然其由最初的車刀應用擴大到后來的銑刀等其他刀具，但是應用范圍仍然較窄，高端刀具材料尚未得到開發。因此研制具備高強度、高硬度，優異綜合力學性能和高溫耐磨損性能的新型碳化鎢基合金，是高端刀具材料發展的新方向。

發明內容

鑒于現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種碳鎢鈷復合材料及其制備方法和應用，該復合材料通過高能球磨機械合金化和放電等離子體燒結技術相結合原位反應燒結制備得到，所制備的塊體碳鎢鈷復合材料的硬度和韌性高，在室溫及高溫環境下耐磨性能優異，且可加工性良好，可作為新型的高端刀具材料，具有良好的應用前景。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種碳鎢鈷復合材料，所述碳鎢鈷復合材料為碳化鎢、鎢鈷碳化物和鈷三相構成的三元復合材料，按摩爾百分含量計，所述復合材料包括以下組分：20-35％鎢、50-65％鈷和1-30％碳。

本發明制備的碳鎢鈷復合材料由晶粒度分別為0.2-2.5μm、0.2-2μm以及0.2-3.5μm的碳化鎢、鎢鈷碳化物和鈷三相構成的三元復合材料，尺寸細小，具有優異的綜合力學性能和高溫耐磨性，其維氏硬度為8.0-11.0GPa；斷裂韌性為10.0-15.0MPa·m^1/2；磨損率為0.5-4.0×10-6mm³/(N·m)，且高溫耐磨性能優異，是一種新型的刀具用材料。