[發明專利]由高熵合金作為粘結劑的硬質碳化鎢合金及其制備方法

在審

• 申請號: 201811409111.2
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109161774A
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 陳建;蘇霖深;楊巍;劉曉鵬;徐大鵬;姚小飛;呂煜坤
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: C22C29/08
• 分類號: C22C29/08;C22C1/05
• 代理公司: 陜西增瑞律師事務所 61219
• 代理人: 張瑞琪

1.由高熵合金作為粘結劑的硬質碳化鎢合金的制備方法，其特征在于，由以下步驟組成：

以多種金屬粉末為配料，采用機械合金化法，制備得到高熵合金粉末；

將高熵合金粉末與碳化鎢粉末混合，采用球磨法對混合后的粉末進行充分研磨；

在真空中采用放電等離子燒結法對混合粉末進行燒結，燒結后得到碳化鎢硬質合金材料；

所述金屬粉末為Al、Fe、Cr、Co和Ni；

所述碳化鎢粉末占碳化鎢粉末與高熵合金粉末總質量比的75％～95％，余量為高熵合金粉末。

2.根據權利要求1所述的由高熵合金作為粘結劑的硬質碳化鎢合金的制備方法，其特征在于，所述放電等離子燒結法中的燒結壓力：30～50MPa。

3.根據權利要求2所述的由高熵合金作為粘結劑的硬質碳化鎢合金的制備方法，其特征在于，所述放電等離子燒結法中的升溫速率：20～150℃/min，燒結溫度：1000-1250℃，保溫時間：5～20min。

4.根據權利要求1所述的由高熵合金作為粘結劑的硬質碳化鎢合金的制備方法，其特征在于，所述碳化鎢粉末的粒徑為0.4-75μm。

5.根據權利要求1所述的由高熵合金作為粘結劑的硬質碳化鎢合金的制備方法，其特征在于，所述機械合金化法中采用氬氣進行保護，球料比為10:1，轉速為300r/min，球磨時間為60h。

6.根據權利要求1所述的由高熵合金作為粘結劑的硬質碳化鎢合金的制備方法，其特征在于，所述球磨法中球料比5:1，轉速：300r/min，混粉時間為：6h。

7.根據權利要求1所述的由高熵合金作為粘結劑的硬質碳化鎢合金的制備方法，其特征在于，采用5％高熵合金粉末與95％的碳化鎢粉末制成硬質碳化鎢合金，由以下步驟組成：

機械合金化法制粉，按等原子比1:1:1:1:1分別稱取75μm的Al，Fe，Cr，Co，Ni單質粉末，并混合均勻；將粉末和磨球加入行星式高能球磨機的球磨罐中進行球磨，罐體材料及磨球的材質均為不銹鋼，罐內加入兩滴正庚烷作為表面活性劑，球磨罐內抽真空并充入99.99％氬氣作保護氣氛，充氣過程重復三次；隨球磨時間的延長，混合粉末逐步實現合金化，由多種單質粉末的混合粉末轉變為具有無序體心立方結構相和有序體心立方結構相合金粉末，高能球磨過程中采用的球料比為10:1，轉速為300r/min，球磨時間為60h；

球磨機混粉，將高熵合金粉末與粒徑為75μm，純度為99.9％的WC粉末通過行星式球磨機，選用陶瓷球磨罐和瑪瑙珠進行混粉；混粉參數為：球料比5:1，轉速：300r/min，混粉時間為：6h；

放電等離子燒結，采用放電等離子燒結設備對上述的混合粉末進行燒結，其工藝條件如下：裝粉階段，將混好的粉末放入燒結專用的石墨磨具中，石墨磨具內徑29mm，上下墊塊中放入等尺寸碳紙，對裝好粉的磨具在室溫下進行預壓，壓力為15MPa；將磨具放入燒結爐艙內，將上下墊塊對準置于上下壓頭中心；對燒結爐抽真空至6×10^-2Pa，燒結壓力調節至30MPa；燒結階段，通過電流控制溫度，在900℃以下升溫速率為150℃/min；900℃～1000℃升溫速率保持在20℃/min，以便于將溫度準確控制在1000℃；溫度達到1000℃時保溫10min；冷卻階段，保溫時間結束停止燒結，電流歸零，當溫度冷卻至室溫時卸除壓頭壓力，去真空，取出磨具進行脫膜；將磨具中的坯料通過機加工至滿足刀具所需條件；

獲得的WC硬質合金，其相結構為HCP相的WC以及M₃W₃C相和M₃W₉C₄相，即M為Fe，Co，Cr，Ni結構；合金維氏硬度在孔隙分布區域為2500HV，孔隙分布較少區域硬度為2800HV，硬質合金的密度為12.7g/cm²。