[發明專利]一種新型硬質合金及其制備方法

在審

• 申請號: 201811274143.6
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109355522A
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 曾廣勝
• 申請（專利權）人: 湖南工業大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;B22F1/00;C22C29/02
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 肖宇揚

本發明的新型硬質合金，通過對鈷粉、鎳粉和鐵粉、硅膠，碳粉、鎢粉和鈦粉、硼粉、鐿粉的科學配比，真空高溫高壓成型，制備的硬質合金具有良好的硬度和韌性，適合各領域材料的加工使用，加工中不易出現粘刀和難切削的問題，且刀具使用壽命長。本發明選用真空高溫高壓成型結合方式制備硬質合金，能有效控制硬質合金的各個原料的結合和晶體結構，得到綜合性能優良的硬質合金。

技術領域

本發明涉及一種合金工藝，特別是硬質合金，更具體地，涉及一種新型硬質合金及其制備方法。

背景技術

硬質合金是由難熔金屬的硬質化合物和粘結金屬通過粉末冶金工藝制成的一種合金材料，具有硬度高、耐磨、強度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優良性能，被譽為“工業牙齒”，廣泛用于刀具材料、機械加工、航空航天、高壓高溫試驗等領域。國內市場上普遍應用的硬質合金硬度可達HRA86～93，即使在500℃的溫度下也基本保持不變，在1000℃時仍保持高硬度，耐磨性較差。

傳統硬質合金是以Co、Ni、Fe單質元素為粘結相、以WC為硬質相。隨著使用溫度的升高，特別是在400℃以上，Co、Ni、Fe單質元素為粘結相和WC硬質相開始發生氧化，導致傳統硬質合金抗彎強度、硬度等性能顯著降低，高溫使用壽命也顯著降低。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種新型硬質合金及其制備方法，本發明的硬質合金將：鈷粉、鎳粉和鐵粉、硅膠，碳粉、鎢粉和鈦粉、硼粉、鐿粉的科學配比，通過真空高溫高壓成型，制備的硬質合金具有良好的硬度和韌性，適合各領域材料的加工使用，加工中不易出現粘刀和難切削的問題，且刀具使用壽命長。

本發明的目的通過以下技術方案予以實現：

公開的新型硬質合金，按重量份數計，通過以下原料制備得到：鈷粉、鎳粉和鐵粉15～30份、硅膠3.0～5.0份，碳粉15～30份、鎢粉和鈦粉30～60份、硼粉3.0～5.0份、鐿粉2.0～4.0份，除渣劑、球化劑2.0～4.0份，成型劑5.0～8.0份；其中，鈷粉、鎳粉和鐵粉的質量比為1:1～1.5：1～2，鎢粉和鈦粉的質量比為2:1～3。

進一步地，所述鈷粉的粒徑為8.0～15μm，所述鎳粉的粒徑為2～3μm，所述鐵粉的粒徑為3.0～5.0μm，所述碳粉的粒徑為8.0～12.0μm，所述鎢粉的粒徑為2.0～5.0μm，所述鈦粉的粒徑為5.0～10μm，所述鐿粉的粒徑為5.0～10nm，所述硼粉的粒徑12～20μm。

本新型硬質合金真空狀態下，加溫到2800℃以上，使碳與鎢、鈦發生反應，得到碳化鎢和碳化鈦，緩慢降溫此時碳化鎢和碳化鈦由熔體變為固體顆粒，將硼粉、鐿粉的加入，主要是為了提高材料的韌性，細化晶粒，硼粉主要起提高耐磨性能和硬度，與碳化鎢、碳化硅一起，作為分散相，提供硬度、耐高溫性能和耐磨性能。鐿主要起細化晶粒，抑制析出，提高粘結強度等作用。

傳統的硬質合金制備選用碳化鎢粉末和碳化鈦粉末做原料，需要先進行制備或購買碳化鎢粉末和碳化鈦粉末，再將上述粉末與鈷粉、鎳粉等原料一起混合，高溫燒結成硬質合金；因為生產高質量硬質合金制品，必須嚴格控制合金中的總碳。雖然影響硬質合金制品總碳因素很多，但在碳化鎢原材料品質穩定的情況下，成形劑的應用對產品總碳的影響是一個非常重要的方面。成本較高，制備受碳化鎢原材料的影響因素大，燒結過程中的WC晶粒難以控制，很難保持原有碳化鎢粉末的粒度，進而制備的硬質合金產品的質量穩定性難以控制，影響后續使用。本申請采用碳粉，鎢粉，鈦粉為主要原料，添加鐵粉，鎳粉、鈷粉等原料，不但省去了碳化鎢粉末和碳化鈦粉末的繁雜的制備工序，且碳化鎢的質量能有效控制，能得到細晶組織的硬質合金。

鈷粉、鎳粉、鐵粉作為粘結劑，在不同溫度階段生成不同晶體(包括冷卻速度)，相互協同作用，作為合金材料的連續相，減少硬質合金在工作時的掉塊、崩缺等現象，保證加工質量。為合金材料提供韌性、彎矩、剪切強度和團聚度。通過后期溫度冷卻曲線控制，可以控制鈷和鐵的晶體結構，達到控制材料強度的目的；得到的硬質合金具有良好的韌性和強度，使用領域廣泛。