[發明專利]一種多晶粒尺度硬質合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202110627423.6
• 申請日: 2021-06-04
• 公開（公告）號: CN113502426B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 王新云;龔攀;金俊松;鄧磊
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C22C29/08
• 分類號: C22C29/08;C22C1/05;B22F3/14;B22F1/08;B22F1/10
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 彭翠;梁鵬

本發明屬于硬質合金制備技術領域，更具體地，涉及一種多晶粒尺度硬質合金及其制備方法。按照目標合金成分比例稱取一定量的Co粉、WC粉、非晶合金粉末以及成型劑，混合均勻后，通過預燒結和致密化燒結兩步法多物理場耦合快速燒結技術制備一種含有微米?亞微米?納米多尺度結構的新型硬質合金。本發明預燒結為超塑性熱壓燒結，利用非晶合金在過冷液相區的超塑性實現初步粘結，以非晶合金作為粘結相，減少致密化燒結時間，避免WC晶粒長大；致密化燒結為以Co作為粘結相的液相燒結，使原料粉末進一步粘結，且所述非晶合金晶化析出富W納米晶，引入有益元素或其化合物，形成多晶粒尺度硬質合金，提高硬質合金綜合性能。

技術領域

本發明屬于硬質合金制備技術領域，更具體地，涉及一種多晶粒尺度硬質合金及其制備方法。

背景技術

硬質合金具有高硬度、高耐磨性的金屬陶瓷材料，被譽為“工業的牙齒”，成為現代工業社會發展不可或缺的關鍵性材料，被廣泛的應用于汽車工業、航天航空、集成電路制造等各個領域。但是硬質合金同時也是機遇與挑戰并存，硬質合金主要以Co作為粘結相。Co作為一種戰略性資源，因鋰電的大量普及，加劇了Co的消耗，我國日漸成為全球精煉Co的最大生產國和主要消費國，相反地，我國卻是貧Co國，僅占世界儲量的1％，長期依賴于進口，這也使硬質合金價格昂貴，難以工業化大批量生產，因此采用Ni、金屬間化合物、高熵合金等來替代Co，使用稀土元素及其化合物，甚至通過調整工藝方法改善硬質合金性能已經成為硬質合金發展的一個重要方向。

但是，這些方法同時面臨一些問題：(1)專利號為CN 111254336 A的發明專利，在加入NiCl₂·6H₂O作為燒結助劑替代Co制備WC-Ni硬質合金的同時，加熱溫度高達1400℃-2000℃，加熱時間30min-200min，嚴重加劇了WC晶粒粗化，此外，WC在Ni中的溶解度高，易使硬質合金燒結后產生孔隙和鎳池等缺陷；(2)稀土及其化合物的添加的確會細化晶粒：專利號為CN 111057928 A的發明專利，在加入Y₂O₃可以通過彌散強化細化WC晶粒，提高合金性能，但是，Y₂O₃的添加并沒有減少Co的使用量，同時會降低熱塑性和強韌性；專利號為CN109468516 A的發明專利通過添加少量稀土元素會明顯抑制晶粒生長，但是難以保證分散均勻，且在燒結過程中極易發生氧化；(3)專利號為CN110438384A的發明專利制備了一種鐵鎳基超細晶硬質合金，可提高強韌性，但是對于直接添加的鋁粉，在燒結過程中卻會發生燒損，難以保證利用率，因此我們需要考慮直接添加化合物以避免燒損；(4)添加過渡金屬碳化物可以抑制WC晶粒長大：文獻“Bouleghlem M,Zahzouh M,Hamidouche M,etal.Microstructural and Mechanical Investigation of WC-TiC-Co CementedCarbides Obtained by Conventional Powder Metallurgy[J].International Journalof Engineering Research in Africa.2019,45:1-14”指出添加TiC、TaC、NbC會細化WC晶粒，但是相對來說，形成的硬質合金致密度不是特別高；(5)專利號為CN 112359241A的發明專利采用原位反應生成細晶WC粉末，并進一步與粗晶WC粉末燒結生成雙晶非均勻硬質合金，可以降低生產成本的同時，改善性能，但是原位反應難以控制；(6)選擇合適的工藝會對硬質合金產生一定的影響，特別是傳統的一步法燒結無法在抑制晶粒長大的同時提高所燒結樣品的致密度。