[發明專利]一種粗顆粒硬質合金制備方法

有效

• 申請號: 202010909593.9
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112063871B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 郭智興;華濤;熊計;楊露;荊凱峰;游錢炳
• 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

本發明公開了一種粗顆粒硬質合金的制備方法，其特征是對粗顆粒WC粉末進行表面粗化處理，然后利用化學反應在WC粉末中引入P元素（及Co元素），再在1125~1225℃熱處理使WC粉末中的P與Co形成Co?P共晶組織，與Co粉混合進行低參數的行星球磨實現WC與Co的均勻混合并降低WC破碎程度，最后經過壓制和1360~1380℃真空燒結，燒結結束后以100~110℃/min的平均冷卻速度快速冷卻到1000℃以下，避免Co₂P脆性相在WC/Co界面的析出，在低的燒結溫度下制備出了組織均勻，無異常長大，WC晶粒度6~10μm，晶粒分布離散度1.4~1.5的粗顆粒硬質合金。本發明克服了現有的粗顆粒硬質合金時，采用高的燒結溫度會導致晶粒度分布寬，出現異常長大，而燒結溫度低則難以實現致密化的問題，可用于地礦工具與耐磨零件等領域。

技術領域

本發明涉及一種硬質合金材料的制備方法，特別涉及一種粗顆粒硬質合金制備方法，屬于復合材料領域。

背景技術

硬質合金是以WC等為硬質相，以Co，Ni等鐵族金屬粘結而成多相固體材料。硬質合金的晶粒度對材料性能有很大的影響，粗顆粒硬質合金具有優異的韌性，抗熱疲勞性能和耐磨性等，廣泛用于地礦工程領域的球齒、釬頭、盾構機刀具以及模具等耐磨零件。

CN106636837A公開了一種超粗晶WC-Co硬質合金的制備方法，在傳統超粗WC粉及Co粉的基礎上加入了超細WC粉，鎢粉及碳黑，能夠顯著提高WC-Co硬質合金的抗彎強度，降低合金的脆性，提高其抗沖擊力。通過改變研磨體、研磨棒棒料配比，混合料與研磨介質的料液比來降低WC晶粒破碎，制備晶粒度大于6.0μm的硬質合金。制備的超粗晶硬質合金組織結構均勻，WC硬質相平均晶粒度尺寸粗大，晶粒分布窄，產品孔隙度小，綜合性能好。CN109652703A采用WC粉末、CoCl₂·6H₂O、(NH₄)₂C₂O₄·H₂O為原料，一步還原法制備的WC-Co混合粉末晶粒細小，Co粉呈樹枝狀包裹在WC粉末表面。WC-Co混合粉末能夠使硬質合金內部具有更均勻的組織結構，更完整的WC晶粒。

目前，在粗顆粒硬質合金制造時，如何在獲得粗的晶粒度的同時又保持組織的均勻性是一個關鍵技術。為了獲得獲得粗的晶粒度，通常需要采用25μm以上的粗顆粒WC原料；另一方面，采用較高的燒結溫度，以使WC晶粒在燒結過程中通過溶解析出充分生長。但是，高品質無缺陷的粗顆粒WC難以獲得，而且粗顆粒WC在其與Co混合的過程中會出現不可避免的破碎而使粒度變小，最終的晶粒度相應變小，若減少球磨時間等參數則會導致WC與Co分散不均勻。高的燒結溫度不僅會增加能耗，而且會導致WC晶粒分布變寬，出現WC晶粒異常長大，導致性能下降，低的燒結溫度則不利于燒結的致密化進行。

發明內容

針對目前制備粗顆粒硬質合金時存在的球磨過程中WC顆粒易破碎變小，燒結時依賴于高的燒結溫度而導致WC晶粒異常長大；低的燒結溫度不難以實現致密化等問題，本發明提出在粗顆粒WC粉體中引入P元素，利用燒結過程中形成的低熔點P-Co共晶在較低的燒結溫度下實現致密化和粗晶粒硬質合金制備。本發明首先對粗顆粒WC進行粗化處理，然后利用化學反應在WC粉末中引入P元素（及Co元素），再通過中溫熱處理使P與Co形成共晶組織，與Co粉混合進行低參數的行星球磨實現WC與Co的均勻混合并降低WC破碎程度，最后經過壓制和燒結，燒結結束后采用高溫快冷可避免Co₂P脆性相在WC/Co界面的析出，在低的燒結溫度下制備出了組織均勻，無異常長大，WC晶粒度6~10μm的粗顆粒硬質合金。

本發明的粗顆粒硬質合金的制備方法，其特征在于依次包含以下步驟：