[發明專利]一種高強韌無粘結相納米晶硬質合金的制備方法

有效

• 申請號: 202011063696.4
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112250442B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 秦明禮;吳昊陽;王倩玉;賈寶瑞;曲選輝
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C04B35/56
• 分類號: C04B35/56;C04B35/622;C04B35/64
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

1.一種高強韌無粘結相納米晶硬質合金的制備方法，其特征在于制備步驟如下：

（1）溶液配制：將鎢源、氧化劑、金屬硝酸鹽、有機燃料和可溶性有機碳源按照一定的比例稱重后置于燒杯中，加適量去離子水，用玻璃棒攬拌使各種原料充分溶解形成均勻混合水溶液；

（2）前驅體制備：將步驟（1）配置好的水溶液加熱發生燃燒反應，溶液揮發、濃縮，逐漸形成凝膠狀物，并伴隨著分解放出大量氣體，反應完成后得到蓬松的納米級氧化鎢/其他金屬氧化物/碳混合前驅體粉末；

（3）模壓：將步驟（2）制備的前驅體粉末經過充分研磨后直接倒入圓柱形石墨模具中，兩端加上石墨壓頭，利用液壓機對粉末進行模壓壓實；

（4）SPS原位合成：將步驟（3）制得的模坯初體放入保溫裝置并置于放電等離子燒結爐中，抽爐內真空至4~10 Pa后，啟動燒結按鈕，以70~100 ℃/min的速率升溫，整個制備過程包括預熱、還原和碳化、快速燒結、保溫四個階段的反應，反應結束后隨爐冷卻，獲得具有高致密度和良好綜合力學性能的添加金屬氧化物的無粘結相納米晶硬質合金；

步驟（4）制得的無粘結相納米晶硬質合金中WC平均晶粒尺寸為100~200 nm，合金相對密度≥98.5%，硬度為2420~2895 kg/mm²，斷裂韌性為12.6~15.8 MPa·m^1/2，抗彎強度為1335~1527 Mpa；

步驟（1）中所述的鎢源、氧化劑、有機燃料、可溶性有機碳源的摩爾比為1：(20～25)：(10～20)：（5.4~13.1），金屬硝酸鹽的添加量通過復合粉末目標成分（WC-x wt% MeO，x = 1～15）計算獲得。

2.如權利要求1所述一種高強韌無粘結相納米晶硬質合金的制備方法，其特征在于步驟（1）中所述的鎢源為可溶性高的偏鎢酸銨；所述的氧化劑為硝酸、硝酸銨中的任意一種；所述的金屬硝酸鹽為硝酸鋁、硝酸鎂、硝酸鋯、硝酸釔、硝酸鑭中的至少一種，其中每種金屬硝酸鹽的添加量不低于所有金屬硝酸鹽添加總量的20%；所述的有機燃料為甘氨酸、尿素、檸檬酸、卡巴肼、氨基乙酸中的任意一種或兩種；所述的可溶性有機碳源為葡萄糖、蔗糖、淀粉中的任意一種。

3. 如權利要求1所述一種高強韌無粘結相納米晶硬質合金的制備方法，其特征在于步驟（2）中的溶液燃燒合成法制備前驅體反應過程中需自上而下通入氨氣，氨氣氣流流速為0.1 L/min~0.6 L/min。

4. 如權利要求1所述一種高強韌無粘結相納米晶硬質合金的制備方法，其特征在于步驟（3）中的模壓壓強為10~20 MPa，保壓時間為1~3 min。

5. 如權利要求1所述一種高強韌無粘結相納米晶硬質合金的制備方法，其特征在于步驟（4）中的預熱階段，升溫速率為90 ℃/min；所述的還原和碳化階段，反應溫度為950~1050℃，保溫時間為10~15 min。

6. 如權利要求1所述一種高強韌無粘結相納米晶硬質合金的制備方法，其特征在于步驟（4）中的快速燒結階段，升溫速率為80 ℃/min，模壓從10 MPa增加至40~70 MPa，溫度從950~1050 ℃升高至1250~1600 ℃。

7. 如權利要求1所述一種高強韌無粘結相納米晶硬質合金的制備方法，其特征在于步驟（4）中的保溫階段，模壓為40~70 MPa，反應溫度為1250~1600 ℃，保溫時間為3~5 min。

8. 如權利要求1所述一種高強韌無粘結相納米晶硬質合金的制備方法，其特征在于步驟（4）中的冷卻階段，燒結完畢后，在帶電、保壓的條件下，以3 ℃/min的降溫速率，降溫至1200 ℃，保溫1~2 min；接著以5 ℃/min的降溫速率，降溫至1000 ℃，保溫1~2 min；然后斷電快冷至50 ℃以下，得到無粘結相納米晶硬質合金。