一種碳化鎢基硬質合金及其製備方法
2023-06-17 02:09:16
一種碳化鎢基硬質合金及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及合金材料【技術領域】，具體為一種碳化鎢基硬質合金及其製備方法。本發明由鉬粉、碳化釩、碳化鉻、碳化鈦、碳化矽、氧化釔中的至少五種按一定比例組成增益劑，可抑制碳化鎢晶粒過快和/或不規則生長，使碳化鎢基硬質合金具有更高的強度、韌性和塑性；尤其是以最佳的比例使用時，可使碳化鎢基硬質合金具有更好的綜合力學性能，效果更好。各物質的粒度小於或等於1.2μm，且純度為99.9％以上，使各物質高度混合，並且由鈷粉和鎳粉共同組成粘結劑，可使其它各物質與其進行充分接觸，增加粘結面積，提高粘結力，從而可提高碳化鎢基硬質合金的韌性。向複合原料中加入石蠟的四氯化碳溶液可使石蠟易於均勻分散到複合原料中。
【專利說明】一種碳化鎢基硬質合金及其製備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及合金材料【技術領域】，尤其涉及一種碳化鎢基硬質合金及其製備方法。
【背景技術】
[0002] 硬質合金是由高硬度難熔的金屬碳化物粉末（WC、TiC、TaC、NbC等）為主相，以過 渡族金屬鈷、鎳等作為粘結相，通過粉末鍊金工藝製成的一種合金材料。硬質合金具有高硬 度、高強度、高韌性、耐磨損、耐高溫和膨脹係數小等優良性能，故而被廣泛地應用於切削、 鑽孔、採礦、工具成形及耐磨零件等領域。與高速鋼相比，硬質合金具有較好的紅硬性，當溫 度超過600°C時，其硬度高於室溫下的高速鋼；當溫度超過1000°C，硬質合金的硬度仍然高 於常溫碳鋼。
[0003] 在硬質合金刀具切削領域，現有硬質合金刀具材料難以滿足被加工工件的精度和 表面粗糙度不斷提高的要求，這就要求在現有硬質合金刀具材料的基礎上，進一步改善硬 質合金的硬度、韌性、強度、耐磨性等綜合性能。但是，現有技術中，生產碳化鎢基硬質合金 時，碳化鎢晶粒在液相燒結的過程中，由於長時間的高溫燒結，晶粒通常會過快地生長和/ 或不規則生長，導致硬質合金的性能下降。針對這一問題，可以採用一些新的快速燒結技 術，如放電等離子燒結技術（SPS)、高頻感應加熱燒結技術（HFIHS)或熱等靜壓技術（HIP) 等，來降低碳化鎢晶粒的尺寸，但這必將增加硬質合金的生產成本。
【發明內容】
[0004] 本發明針對現有的碳化鎢基硬質合金因製備過程中碳化鎢晶體過快和/或不規 則生長，導致所製備的碳化鎢基硬質合金性能下降的問題，提供一種生產成本低，性能更優 異的碳化鎢基硬質合金，以及該種碳化鎢基硬質合金的製備方法。
[0005] 為實現上述目的，本發明採用以下技術方案，
[0006] -種碳化鎢基硬質合金，由複合原料製成，所述複合原料包括以下質量百分比的 各組分：粘結劑8-20%，增益劑3-15%，餘量為碳化鎢；
[0007] 所述增益劑由鑰粉、碳化釩、碳化鉻、碳化鈦、碳化矽和氧化釔中的至少五種組成； 所述複合原料中，鑰粉、碳化釩、碳化鉻、碳化鈦、碳化矽和氧化釔的質量百分比均分別小於 或等於5% ;
[0008] 所述粘結劑由鈷粉組成，或由鈷粉和鎳粉組成，或由鈷粉和鐵粉組成，或由鈷 粉、鎳粉和鐵粉組成；所述複合原料中，鈷粉的質量百分比為6-12%，鎳粉質量百分比為 0-6 %，鐵粉的質量百分比為0-2 %。
[0009] 優選的，複合原料中，增益劑的質量百分比為3-13. 2% ;更優選的，所述複合原料 中，鑰粉、碳化釩、碳化鉻、碳化鈦、碳化矽和氧化釔的質量百分比均分別小於或等於2. 2%。
[0010] 優選的，複合原料中，鈷粉的質量百分比為8%。
[0011] 優選的，複合原料中，鎳粉的質量百分比為0-4%。
[0012] 以上所述碳化鎢、鈷粉、鎳粉、鑰粉、碳化釩、碳化鉻、碳化鈦、碳化矽和氧化釔的粒 度均小於或等於I. 2 ii m。優選的，以上所述各物質的粒度均為0. 5-1 ii m。
[0013] 優選的，所述碳化鎢、鈷粉、鎳粉、鑰粉、碳化釩、碳化鉻、碳化鈦、碳化矽和氧化釔 的純度均大於或等於99. 9% (質量百分比）。
[0014] 以上所述碳化鎢基硬質合金的製備方法，包括以下步驟：
[0015] S1、研磨：分別稱取各組分並混合在一起，得複合原料；向複合原料中加入石蠟， 所述石蠟的質量是複合原料質量的1-3% ;然後在50-70°C下研磨複合原料36-72h，接著真 空乾燥l-2h。
[0016] 優選的，研磨複合原料前，向複合原料中加入四氯化碳，使複合原料浸沒於四氯化 碳中；並且可將石蠟先溶解在四氯化碳中再摻入複合原料中。研磨複合原料時使用的研磨 球為WC-6CO硬質合金研磨球，研磨球與複合原料的質量之比為5-10:1。
[0017] S2、過篩：複合原料經過大於或等於100目的篩，得過篩混合物。
[0018] S3、預燒結：將過篩混合物製成坯體，然後加熱坯體使其逐漸升溫至600-80(TC， 然後保溫70-90min，接著將坯體冷卻至室溫。
[0019] 優選的，通過幹壓成型將過篩混合物製成粗坯，然後對粗坯進行冷等靜壓處理，形 成述體。所述冷等靜壓的過程中，用5min將壓力升至100-300MPa，然後保壓5min。
[0020] S4、燒結：在氮氣和/或惰性氣體保護下或真空條件下，加熱坯體使其逐漸升溫至 1350-1430°C，然後保溫50-70min，接著將坯體冷卻至室溫。所述的真空條件的真空度為 0. 1-IOPa0
[0021] 與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明由鑰粉、碳化釩、碳化鉻、碳化鈦、 碳化矽、氧化釔中的至少五種按一定比例組成增益劑，可抑制碳化鎢晶粒過快和/或不規 則生長，使碳化鎢基硬質合金具有更高的強度、韌性和塑性；尤其是以最佳的比例使用時， 可使碳化鎢基硬質合金具有更好的綜合力學性能，效果更好。各物質的粒度小於或等於 1. 2 ilm，且純度為99. 9%以上，使各物質高度混合，並且由鈷粉和鎳粉共同組成粘結劑，可 使其它各物質與其進行充分接觸，增加粘結面積，提1?粘結力，從而可提1?碳化鶴基硬質合 金的韌性。在製備碳化鎢基硬質合金的過程中，先用四氯化碳溶解石蠟再倒入複合原料中， 可使石蠟比較容易均勻分散到複合原料中。向複合原料中加入四氯化碳並浸沒原料混合， 以四氯化碳作為溶劑進行溼法球磨，複合原料不易被氧化，便於乾燥，並且乾燥後的粉體分 散均勻，團聚少。由本發明製備的碳化鎢基硬質合金不僅強度高，同時還可保證其具有高硬 度和高韌性，硬度為15_25GPa，斷裂韌性為4-8MPa ?m"2。此外，通過本發明方法，可減少物 料的研磨時間，縮短生產周期，降低生產成本。
【具體實施方式】
[0022] 為了更充分理解本發明的技術內容，下面結合具體實施例對本發明的技術方案作 進一步介紹和說明。
[0023] 實施例 1-20
[0024] 實施例1-20提供的碳化鎢基硬質合金分別由下表1中所示的各物質製成。
[0025] 表1實施例1-20中組成複合原料的各組分及質量百分比
[0026]
【權利要求】
1. 一種碳化鎢基硬質合金，由複合原料製成，其特徵在於，所述複合原料包括以下質量 百分比的各組分：粘結劑8-20%，增益劑3-15%，餘量為碳化鎢； 所述增益劑由鑰粉、碳化釩、碳化鉻、碳化鈦、碳化矽和氧化釔中的至少五種組成；所述 複合原料中，鑰粉、碳化釩、碳化鉻、碳化鈦、碳化矽和氧化釔的質量百分比均分別小於或等 於5% ; 所述粘結劑由鈷粉組成，或由鈷粉和鎳粉組成，或由鈷粉與鐵粉組成，或由鈷粉、鎳粉 和鐵粉組成；所述複合原料中，鈷粉的質量百分比為6-12%，鎳粉質量百分比為0-6%，鐵 粉的質量百分比為0-2%。
2. 根據權利要求1所述一種碳化鎢基硬質合金，其特徵在於，所述複合原料中，增益劑 的質量百分比為3-13. 2%。
3. 根據權利要求2所述一種碳化鎢基硬質合金，其特徵在於，所述複合原料中，鈷粉的 質量百分比為8%。
4. 根據權利要求3所述一種碳化鎢基硬質合金，其特徵在於，所述複合原料中，鎳粉的 質量百分比為0-4%。
5. 根據權利要求1-4任一所述一種碳化鎢基硬質合金，其特徵在於，所述碳化鎢、鈷 粉、鎳粉、鑰粉、碳化釩、碳化鉻、碳化鈦、碳化矽和氧化釔的粒度均小於或等於1. 2 y m。
6. 根據權利要求5所述一種碳化鎢基硬質合金，其特徵在於，所述碳化鎢、鈷粉、鎳粉、 鑰粉、碳化f凡、碳化鉻、碳化鈦、碳化娃和氮化碳的粒度均為0. 5-1 y m。
7. 根據權利要求1-4任一所述一種碳化鎢基硬質合金，其特徵在於，所述碳化鎢、鈷 粉、鎳粉、鑰粉、碳化釩、碳化鉻、碳化鈦、碳化矽和氧化釔的純度均大於或等於99. 9%。
8. -種如權利要求1所述碳化鎢基硬質合金的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟： 51、 研磨：分別稱取各組分並混合在一起，得複合原料；向複合原料中加入石蠟，所述 石蠟的質量是複合原料質量的1-3% ;然後在50-70°C下研磨複合原料36-72h，接著真空幹 燥 l_2h ; 52、 過篩：複合原料經過大於或等於100目的篩，得過篩混合物； 53、 預燒結：將過篩混合物製成坯體，然後加熱坯體使其逐漸升溫至600-80(TC，然後 保溫70-90min，接著將坯體冷卻至室溫； 54、 燒結：在氮氣和/或惰性氣體保護下或真空條件下，加熱坯體使其逐漸升溫至 1350-1430°C，然後保溫50-70min，接著將坯體冷卻至室溫。
9. 根據權利要求8所述一種碳化鎢基硬質合金的製備方法，其特徵在於，步驟S1中， 研磨複合原料前，向複合原料中加入四氯化碳，使複合原料浸沒於四氯化碳中。
10. 根據權利要求9所述一種碳化鎢基硬質合金的製備方法，其特徵在於，步驟S3中， 通過幹壓成型將過篩混合物製成粗坯，然後對粗坯進行冷等靜壓處理，形成坯體。
【文檔編號】C22C1/05GK104451322SQ201410693161
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月25日 優先權日:2014年11月25日
【發明者】伍尚華, 陳健, 弓滿鋒 申請人:廣東工業大學