[發(fā)明專利]一種含微量鈷的超粗碳化鎢硬質(zhì)合金的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910618069.3
• 申請日: 2019-07-10
• 公開（公告）號: CN110157969B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張久興;金亞琴;胡夢圓;潘亞飛
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C22C29/08
• 分類號: C22C29/08;C22C1/05;C22C1/10
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 喬恒婷

本發(fā)明公開了一種含微量鈷的超粗碳化鎢硬質(zhì)合金的制備方法，其是以WC粉、納米WC?6Co復(fù)合粉為原料，并添加微量鈷；經(jīng)混合、預(yù)壓，通過放電等離子燒結(jié)制備成超粗晶硬質(zhì)合金。本發(fā)明是一種短流程制備超粗硬質(zhì)合金的方法，制備的WC晶粒度均勻，并達(dá)到30μm，合金強(qiáng)度、硬度高，致密度好，斷裂韌性高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種含微量鈷的超粗碳化鎢硬質(zhì)合金的制備方法，采用超粗WC硬質(zhì)合金以及納米WC-6Co復(fù)合粉末為原材料，添加金屬Co粉末，制備高強(qiáng)度、高硬度硬質(zhì)合金的方法。采用該方法制備的高性能硬質(zhì)合金可加工成鉆頭、銑刀或耐磨磨具。

背景技術(shù)

硬質(zhì)合金材料具有高硬度、高強(qiáng)度、高彈性模量等優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于各種切削工具、礦山工具和耐磨零件，但硬質(zhì)合金的高硬度與高斷裂韌性很難同時(shí)存在，硬度和韌性在硬質(zhì)合金中是一對此消彼長的矛盾體。一些學(xué)者認(rèn)為，通過硬質(zhì)相碳化鎢粗細(xì)搭配方法，即制備雙晶結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金，可以獲得高的合金填充密度，以提高其抗彎強(qiáng)度和耐磨性。

傳統(tǒng)工藝以普通粒徑的WC粉末與Co粉為原料混合制備硬質(zhì)合金時(shí)：隨著WC含量提高，制備的硬質(zhì)合金硬度高、斷裂韌性低，燒結(jié)溫度高；隨著Co含量提高，制備的硬質(zhì)合金硬度低、斷裂韌性高，燒結(jié)溫度低。其斷裂韌性和硬度之間的矛盾(斷裂韌性高，硬度低；斷裂韌性低，硬質(zhì)高)一直是困擾其發(fā)展的主要因素。長期以來，人們進(jìn)行了不懈的努力，諸如調(diào)整合金成分、改善合金結(jié)構(gòu)、添加微量元素、采用新的工藝裝備等一系列措施，試圖找到最佳平衡點(diǎn)，獲得高斷裂韌性高硬度的碳化鎢硬質(zhì)合金。這也一直是人們努力的方向。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有碳化鎢硬質(zhì)合金斷裂韌性和硬度相互矛盾的問題，本發(fā)明提供了一種含微量鈷的超粗碳化鎢硬質(zhì)合金的制備方法，旨在獲得同時(shí)具有高斷裂韌性和高強(qiáng)度的超粗晶碳化鎢復(fù)合材料。

本發(fā)明含微量鈷的超粗碳化鎢硬質(zhì)合金的制備方法，是以粗晶WC及納米WC-6Co復(fù)合粉末為原材料，并添加微量鈷；然后以該硬質(zhì)合金混合料為原料，經(jīng)混合、預(yù)壓后，再經(jīng)放電等離子燒結(jié)而成。具體包括以下步驟：

步驟1：稱取粗晶WC粉以及納米WC-6Co復(fù)合粉，并添加微量鈷，采用機(jī)械混合法(V型混粉機(jī))混合2h，獲得混合均勻的硬質(zhì)合金混合料粉末；

其中，粗晶WC粉的平均粒徑為20μm，納米WC-6Co復(fù)合粉的晶粒度≤200nm，鈷粉的平均粒徑為3μm。所述粗晶WC粉與納米WC-6Co復(fù)合粉的質(zhì)量比范圍為：1:1～5:1；所添加鈷粉的質(zhì)量比為1wt％～4wt％，以粉料總質(zhì)量即硬質(zhì)合金混合料粉末的總質(zhì)量計(jì)。

步驟2：將步驟1獲得的硬質(zhì)合金混合料粉末裝填進(jìn)鋪有石墨紙的石墨模具中；采用手動(dòng)液壓機(jī)對裝好復(fù)合粉末的石墨模具進(jìn)行預(yù)壓，壓力為5～10MPa；

步驟3：在裝好硬質(zhì)合金混合料粉末的石墨模具外圍裹上4～6mm厚的碳?xì)郑缓髮⑵渲糜诜烹姷入x子燒結(jié)系統(tǒng)的爐膛中，抽真空至20Pa以下，通入直流脈沖電流，對硬質(zhì)合金混合料粉末燒結(jié)成形，工藝條件為：

軸向壓力為10～40MPa；

升溫速率為50～100℃/min；

燒結(jié)溫度為1200～1500℃；

保溫時(shí)間為5～10min；

步驟3中，所述燒結(jié)成形的具體步驟為：

對壓實(shí)的粉體材料施加10MPa的初始軸向壓力，以100℃/min的升溫速率由室溫加熱至1000℃，再以50℃/min的升溫速率加熱至1200-1500℃；并在第一次放氣結(jié)束時(shí)加壓至20MPa，粉體材料開始收縮時(shí)加壓至30MPa，升至1200-1500℃時(shí)，對壓實(shí)的粉體材料加壓至40MPa；保壓至燒結(jié)結(jié)束。

步驟4：燒結(jié)完成后，燒結(jié)樣品隨爐冷卻至室溫，即獲得超粗晶硬質(zhì)合金圓柱錠。

本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：