[發明專利]超粗硬質合金材料制備方法

有效

• 申請號: 202010909601.X
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN111996432B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 郭智興;熊計;華濤;楊露;荊凱峰;游錢炳
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C22C29/08
• 分類號: C22C29/08;B22F1/02;C22C1/05;C22C1/10;C23C18/18;C23C18/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種超粗硬質合金材料的制備方法，其特征在于依次包含以下步驟：

（1）WC粉末粗化：稱取費氏粒度25~50μm 的超粗WC粉末并加入到無水乙醇中配制成混合液A，混合液A中WC濃度為150~250g/L；然后向混合液A中加入HF使其濃度為30~50ml/L，混合液A在50~60℃下保溫時間12~24h完成WC粗化處理；粗化處理完成后采用無水乙醇對混合液A清洗5次以上，并在90℃下保溫1h完成干燥；

（2）超粗WC粉末中引入Cu元素：稱取經粗化處理并干燥后的WC粉末加入到去離子水中形成混合液B，控制混合液B中WC濃度為（40+0.4*粉末費氏粒度值）g/L以使其加入混合液C后形成的混合液D保持穩定，然后向混合液B加入Tween 60使其濃度為1~2g/L，并進行超聲分散處理30min；稱取硫酸銅、硫酸鎳、次磷酸納、硼酸、檸檬酸鈉加入到去離子水中配制成混合液C，混合液C的配方為硫酸銅35~45g/L, 硫酸鎳1~2g/L、次磷酸納20~35g/L，硼酸30~40ml/L，檸檬酸鈉15~20g/L；再將混合液B和C按體積比1:1混合在一起形成混合液D，調節混合液D的pH值為8~10以控制P含量，在50~75℃下保溫60~90min，保溫期間持續進行攪拌使WC保持懸浮，次磷酸納還原硫酸銅使Cu、P元素在超粗WC顆粒表面沉積；最后采用無水乙醇對混合液D清洗5次以上，并在90℃下保溫1h完成干燥，獲得引入Cu元素及少量P元素的超粗WC粉末；

（3）超粗WC粉末固溶處理：將含Cu及少量P元素的超粗WC粉末在真空燒結爐中加熱到700~710℃并保溫1h使P固溶于Cu中，形成含有Cu-P固溶體的超粗WC粉末；

（4）超粗硬質合金混合料制備：稱取含有Cu-P固溶體的超粗WC粉末與費氏粒度為1.0~1.5μm 的Co粉，配制成WC-Co超粗硬質合金，其中Co粉的加入量為6~15wt.%；混合粉末經過18~24h球磨，轉速56r/min，采用直徑6mm的WC-6Co超細硬質合金磨球，磨球與硬質合金混合粉末的重量比為（0.5~1）:1，球磨結束后經過過濾、干燥、過篩，制備成超粗硬質合金混合料；

（5）超粗硬質合金成型與燒結：超粗硬質合金混合料在250~350MPa壓力下壓制成生坯；生坯在氣氛燒結爐中燒結，先加熱到300~450℃保溫2h脫除成型劑；升溫到700℃后關閉真空泵充入0.1~0.15MPa氬氣進行分壓處理以抑制Cu揮發；繼續升溫形成Cu-P，Co-P共晶液相，最終在1370~1380℃保溫1.5h完成燒結；燒結結束前2~5min，快速抽真空至10~20Pa；燒結結束后立即入流量為55~65L/h的Ar氣并快速冷卻到700℃以下，平均冷卻速度為90~100℃/min；然后隨爐冷卻，制備出的超粗硬質合金致密度大于99.5%，WC平均晶粒度D50為6~10μm，WC晶粒度分布窄，其晶粒分布離散度(D90-D10)/D50=1.4~1.5，微觀組織均勻無晶粒異常長大，WC與Co相界面無Cu₃P、Co₂P相生成，抗彎強度≧1800MPa。

2.根據權利要求1所述的超粗硬質合金材料的制備方法，其進一步的特征在于：

（1）采用無水乙醇對混合液A清洗完成后混合液為中性；

（2）混合液D在50~75℃下保溫時采用超聲攪拌，超聲頻率為4*10⁴Hz,功率100W；采用無水乙醇對混合液D清洗完成后混合液為中性；

（3）超粗WC粉末固溶處理時升溫速度為5℃/min，真空度為10~15Pa，保溫結束后，隨爐冷卻；

（4）WC-Co混合粉末球磨的球磨介質為無水乙醇，其加量為硬質合金混合粉末總重量的15~20%，加入硬質合金混合粉末總重量2%的PEG4000作為成型劑；球磨結束后采用400目篩網過濾，并在90~95℃下進行干燥，并經過100目過篩；

（5）硬質合金燒結時的升溫速度為10℃/min，700℃前的真空度為5~10Pa。