[發明專利]一種超細硬質合金制備方法

有效

• 申請號: 202010909588.8
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112080661B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 郭智興;熊計;荊凱峰;華濤;游錢炳;張洪
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C29/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種超細硬質合金的制備方法，其特征是對先配制Cu源混合液，再添加十八胺對超細WC粉末進行分散處理，次亞磷酸納還原硫酸銅使P元素和Cu元素在WC顆粒表面沉積，然后在750~780℃進行處理使WC粉末中形成Cu?P共晶組織體，最后經過球磨混合、壓制成型后進行液相燒結。升溫到700℃后即充入Ar氣抑制Cu揮發，最后在1370~1390℃真空燒結，燒結結束后以80~100℃/min的平均冷卻速度快速冷卻到700℃以下，避免Cu₃P和Co₂P脆性相在WC/Co界面的析出，在低的燒結溫度下制備出了強度≧3600MPa，組織均勻，無WC晶粒異常長大，WC晶粒度0.35~0.5μm的超細硬質合金。本發明克服了現有的超細硬質合金制備時，采用高的燒結溫度會導致晶粒出現異常長大的問題，可用于數控加工切削刀具材料。

技術領域

本發明涉及一種硬質合金材料的制備方法，特別涉及一種超細硬質合金材料制備方法，屬于新材料領域。

背景技術

硬質合金是目前最主要的切削刀具材料之一，特別是隨著硬質合金中WC晶粒度的下降到超細尺度（小于0.5μm）之后，其強度、硬度、耐磨性等綜合性能大幅度提高，高性能的超細硬質合金是理想的工具材料。

CN111057929A公開了一種微晶GW10u硬質合金，包括如下質量份的原料：89～93份的WC，5～7份的Co，2～4份的催化劑YH。本發明采用微量晶粒抑制劑TaC、VC、Cr₃C₂和金屬活化劑R及其組合，在獨特的濕磨RD阻氧介質下混合來克服超細硬質合金材料制備過程中組織不均、晶粒長大、混合料化學成分不穩定導致性能不穩定的缺點，制備出微觀上具有組織結構穩定、宏觀上同時高強度和硬度的GW10u硬質合金。CN110241349A采用微波法原位成含硬質相、粘結相及復合晶粒抑制劑的多元WC基納米復合粉末，從根本上實現各組成的均勻分散，有效抑制WC的晶粒長大，獲得晶粒分布均勻、晶粒細小的硬質合金。包括以下步驟：a、按比例取納米氧化鎢、納米氧化鈷、納米碳黑、納米氧化鉻和納米氧化釩粉末，經過均勻混合后置于微波燒結爐中進行微波原位合成，制得WC-V₈C₇-Cr₃C₂-Co納米復合粉末。b、稱取一定量的步驟a制得的WC-V₈C₇-Cr₃C₂-Co納米復合粉末，加入0.5%的液體石蠟，經混合、干燥后，采用SPS燒結。

可見，要獲得均勻分布的超細的WC晶粒度并不容易，這也是超細硬質合金制備技術領域最核心的問題。一方面，超細WC粉末在球磨過程中難以分散均勻，團聚的WC顆粒容易聚集長大；另一方面，為了實現超細硬質合金的致密化，燒結過程中通常采用較高的燒結溫度，但是，超細WC在高溫燒結時容易出現異常長大，導致材料中的WC晶粒分布不均勻，這勢必對超細硬質合金的力學性能造成影響。目前廣泛采用添加抑制劑的方式，但其效果受粉體均勻分散程度的影響。

發明內容

針對目前超細硬質合金制備時存在的WC晶粒異常長大，WC晶粒度分布不均勻，晶粒度范圍寬的問題，本發明提出在超細WC粉體中引入均勻分散的Cu元素及少量P元素，燒結過程中形成Co-Cu 固溶體，以及Cu-P，Co-P共晶，從而在相對較低的溫度下實現燒結致密化。本發明首先配制Cu源混合液，再對超細WC進行分散預處理；利用還原反應使Cu元素和P元素在超細WC表面沉積；再通過中溫固溶處理使P固溶于Cu中，避免脆性相在WC界面形成；經過球磨混合，壓制成型后進行燒結，燒結過程中通過分壓燒結抑制Cu的揮發，避免出現孔隙和粘結相損失，通過快速冷卻抑制Cu₃P和Co₂P等緩和無在WC/Co相界面的析出，從而在較低的燒結溫度下制備出了WC晶粒度分布均勻，無WC晶粒異常長大，晶粒度為0.35~0.5μm的超細硬質合金。

本發明的超細硬質合金制備方法，其特征在于依次包含以下步驟：