[發明專利]一種以碳化鎢為基礎的硬質合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202011405312.2
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112647006B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 陳明;楊金海
• 申請（專利權）人: 株洲精工硬質合金有限公司
• 主分類號: C22C29/08
• 分類號: C22C29/08;C22C1/05
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 楊斌

本發明公開了一種以碳化鎢為基礎的硬質合金及其制備方法，硬質合金包括碳化鎢硬質相和粘結相，粘結相為高熵合金；制備方法包括以下步驟：(1)稱取特定質量份的碳化鎢粉末和高熵合金中各元素的單質粉末；(2)將碳化鎢粉末和單質粉末混合后移至球磨機中進行球磨，干燥后得到混合物料；(3)將混合物料成型、燒結，得到以碳化鎢為基礎的硬質合金。本硬質合金的發明減少了鈷對健康安全和環境安全的不利影響，降低了硬質合金的生產成本，提高了合金的粘結強度；本發明的硬質合金的制備方法減少了工序流程，降低了原料被污染的幾率，兼有可降低硬質合金的生產成本、提升硬質合金品質的優點。

技術領域

本發明涉及硬質合金領域，具體涉及一種以碳化鎢為基礎的硬質合金及其制備方法。

背景技術

自上世紀20年代硬質合金被德國人發明以來，具有鈷粘接相的WC基硬質合金一直是本領域應用最為廣泛的硬質合金之一。具有鎳粘結相的硬質合金也有應用，鐵作為硬質合金粘結相很少單獨使用，且鎳和鐵的用量遠不及鈷。

由于鈷對人體健康和環境具有一定的危害性，以及鈷作為戰略資源價格昂貴，努力尋找鈷的替代物一直是人們追求的目標，替換鈷或部分替代鈷而對硬質合金的性能不產生負面影響是很困難的。

高熵合金具有一些傳統合金所無法比擬的優異性能，如高強度、高硬度、高耐磨耐腐蝕性、高熱阻、高電阻等，從而成為在材料科學和凝聚態物理領域中繼大塊非晶之后一個新的研究熱點。近年來，高熵合金作硬質合金粘結相也受到了硬質合金企業和研究學者關注。

文獻CN201110442389.1“一種含稀土的再生WC-Co硬質合金的制備方法”，該方案中添加了稀土氧化物，其目的是減輕再生WC-Co硬質合金中雜質對硬質合金性能的不利影響，與本方案中為減輕其它元素的加入對硬質合金性能的不利影響而添加稀土化合物有所區別。文獻CN109161774A公開了“由高熵合金作為粘結劑的硬質碳化鎢合金及其制備方法”,其粘結相由Al、Fe、Cr、Co、Ni組成的高熵合金，高熵合金采用單質金屬粉末混合后裝入行星式高能球磨機的不銹鋼球磨罐中球磨，該方式易導致不銹鋼罐壁的材料進入到目標粉體當中，改變高熵合金粉體的成分比例；文獻CN109022990A公開了“一種高熵合金粘結相Ti(C,N)基金屬陶瓷的制備方法”，作為粘結相的高熵合金由Co、Ni、Fe、Cu、Mn五種元素組成，高熵合金的制備同樣引入了不銹鋼球磨罐行星式高能球磨機球磨，與文獻CN109161774A存在相同的問題；其它文獻制備高熵合金，或采用不銹鋼罐行星式球磨或攪拌高能球磨，這都增加了合金粉體成分受到影響的幾率；又或者增加了高熵合金粉體干燥的過程，造成球磨介質的浪費。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術存在的不足，提供一種以碳化鎢為基礎的硬質合金及其制備方法，該硬質合金中鈷的用量降低了三分之二以上，減少了鈷對健康安全和環境安全的不利影響，降低了硬質合金的生產成本；該硬質合金的制備方法利用了燒結過程中不同物料之間相互擴散的特性，實現了高熵合金各元素之間的合金化，減少了工序，降低了原料被污染的幾率，兼有可以降低硬質合金生產成本、提升硬質合金品質的優點。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種以碳化鎢為基礎的硬質合金，包括碳化鎢硬質相和粘結相，所述粘結相為高熵合金。

上述技術方案的設計思路在于，現有技術中一般以鈷作為粘結相，會帶來生產當中的環保和健康問題；高熵合金是由五種或五種以上等摩爾比或大約等摩爾比的金屬形成的合金，本發明通過使用高熵合金取代鈷作為粘結相，可以降低硬質合金中鈷的含量，從而減少鈷對健康安全和環境安全的不利影響，同時，還可利用高熵合金不同物料之間相互擴散的特性，得到具有良好粘結強度的硬質合金。

作為上述技術方案的優選，所述高熵合金中的元素選自Fe、Co、Ni、Cr、Mn、W和C中的任意五種或五種以上的元素。上述元素熔點較高，不會與硬質相發生化學反應，且對碳化物硬質相具有良好的濕潤性，是合適的硬質金屬粘結相。