專利名稱：一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼結(jié)硬質(zhì)合金制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，利用自蔓延熔鑄法制備鋼結(jié)硬質(zhì)合金。
背景技術(shù)：
鋼結(jié)硬質(zhì)合金是一種以硬質(zhì)化合物作為硬質(zhì)相，以鋼為粘結(jié)相的復(fù)合材料。它具有硬質(zhì)化合物的硬度，耐磨性以及鋼的強(qiáng)度，韌度。具有可加工，可熱處理，可鍛造，高硬度，高耐磨性等優(yōu)良性能，應(yīng)用十分廣泛。
自蔓延高溫合成(Self-propagating High-temperature Synthesis，縮寫SHS)，是利用化學(xué)反應(yīng)自身放熱制備材料的新技術(shù)。利用自蔓延反應(yīng)混合物在燃燒合成過程時產(chǎn)生的高溫超過產(chǎn)物熔點，形成熔體，采用冶金工藝處理熔體，可得到鑄件、涂層，或者完成焊接，這種方法稱為SHS冶金。自蔓延熔鑄是自蔓延冶金的一種形式，主要用來制備難熔化合物的鑄件，傳統(tǒng)鋼結(jié)硬質(zhì)合金的生產(chǎn)方法將硬質(zhì)相顆粒(主要是TiC，WC)與粘結(jié)相成份的合金粉(如Fe，F(xiàn)e-Ni，F(xiàn)e-Co-Ni，F(xiàn)e-Cr等)相混合，采用粉末冶金的方法，在真空爐中燒結(jié)而成，有時還需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?。粉末冶金工藝在調(diào)整成份和成形方面具有優(yōu)勢，但是燒結(jié)過程中難以得到無空隙的全致密材料，從而達(dá)不到預(yù)期的材料性能。
中國專利94119833.2提供了一種反應(yīng)燒結(jié)法制備鋼結(jié)硬質(zhì)合金的方法，其特征在于將石墨，氮化硼或碳化硼，鎳，鉬或鎢與含鈦10～70％的鈦鐵粉用傳統(tǒng)粉末冶金工藝壓制成形，在氫氣或者真空燒結(jié)爐中燒結(jié)制取鋼結(jié)硬質(zhì)合金。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明的目的在于提供一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，通過自蔓延熔鑄方法直接生成硬質(zhì)相和粘結(jié)相，提高材料致密度，簡化工藝，節(jié)約能源。
本發(fā)明的基本構(gòu)思如下將氧化鐵粉，鋁粉，三氧化鎢粉，石墨粉按下列反應(yīng)式的配比混和，其中x根據(jù)生成要求可調(diào)，x的范圍在0.5～3
反應(yīng)放出巨大的熱量，高溫下，生成的氧化鋁，鐵呈熔融狀態(tài)，鎢，碳融解于液態(tài)鐵中。在重力作用下氧化鋁和液態(tài)鐵分離，氧化鋁浮在鐵的上表面。隨著溫度降低，鎢與碳相結(jié)合，生成鎢的碳化物，在鐵液中大量析出。冷卻后，去除表面的氧化物渣層，即可得到鋼結(jié)硬質(zhì)合金。由于反應(yīng)迅速，同時浮在熔體上層的氧化鋁隔絕了空氣，不需要利用真空或者氣氛保護(hù)。
本發(fā)明的詳細(xì)說明如下1、Fe2O3和Al粉是生成粘結(jié)相的主要反應(yīng)物料，按反應(yīng)式，反應(yīng)放出的巨大熱量使產(chǎn)物熔化。為了調(diào)整粘結(jié)相成份，可以加入鎳粉，鎳粉占反應(yīng)原料總質(zhì)量的1～10％。
2、可以用二氧化鈦粉末代替三氧化鎢粉末，按下列反應(yīng)式比例混和(x的范圍為0.1～0.27)3、可以將一定量WC或TiC粉末與鋁粉，氧化鐵粉按下列反應(yīng)式比例混和，生成鋼結(jié)硬質(zhì)合金(x的范圍為0.5～2.45)或(x的范圍為0.1～2.36)4、將混合粉末放于石墨反應(yīng)器中，壓實，裝料密度為0.5～2g/cm3，用鎢絲點燃，反應(yīng)進(jìn)行到容器底部時，液態(tài)金屬液體從下部出口中流出，澆灌至耐高溫材料制成的型腔中，冷卻后即可獲得鋼結(jié)硬質(zhì)合金產(chǎn)品。
本發(fā)明的優(yōu)點在于工藝簡單，設(shè)備簡單，節(jié)約能源，生成的鋼結(jié)硬質(zhì)合金產(chǎn)品致密。


圖1為本發(fā)明的反應(yīng)過程示意圖。其中，石墨反應(yīng)器1、反應(yīng)過程中上浮的陶瓷層2、反應(yīng)過程中分離出的含有硬質(zhì)相的液態(tài)鐵3、正在反應(yīng)的熔池4、未反應(yīng)的反應(yīng)原料5、石墨容器下出口6、澆注用的型腔7。
具體實施例方式
實施例1鋁粉108g，氧化鐵粉160g，鎳粉10g，三氧化鎢粉232g，石墨粉12g，混合均勻，裝入直徑10cm，高10cm的石墨圓筒容器中，手工壓實。石墨底部開口，以便液態(tài)熔融體流出，開口下放置放耐高溫型腔。用鎢絲點燃，反應(yīng)結(jié)束后，型腔內(nèi)即可達(dá)到致密的WC系的鋼結(jié)硬質(zhì)合金。
實施例2鋁粉54g，氧化鐵粉160g，碳化鈦粉50g作為硬質(zhì)相的體系。其余步驟同實施例1，可得到致密的TiC系鋼結(jié)硬質(zhì)合金。
權(quán)利要求
1.一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于將氧化鐵粉，鋁粉，三氧化鎢粉，石墨粉按反應(yīng)式的配比混和，其中x的范圍在0.5～3，反應(yīng)放出巨大的熱量，生成的氧化鋁，鐵呈熔融狀態(tài)，鎢，碳融解于液態(tài)鐵中，在重力作用下氧化鋁和液態(tài)鐵分離，氧化鋁浮在鐵的上表面，隨著溫度降低，鎢與碳相結(jié)合，生成鎢的碳化物，在鐵液中大量析出，冷卻后，去除表面的氧化物渣層，得到鋼結(jié)硬質(zhì)合金。
2.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于具體工藝步驟為a、Fe2O3和Al粉是生成粘結(jié)相的反應(yīng)物料，按反應(yīng)式，反應(yīng)放出的巨大熱量使產(chǎn)物熔化，為了調(diào)整粘結(jié)相成份，加入鎳粉，鎳粉占反應(yīng)原料總質(zhì)量的1～10％。b、將混合粉末放于石墨反應(yīng)器中，壓實，裝料密度為0.5～2g/cm3，用鎢絲點燃，反應(yīng)進(jìn)行到容器底部時，液態(tài)金屬液體從下部出口中流出，澆灌至耐高溫材料制成的型腔中，冷卻后獲得鋼結(jié)硬質(zhì)合金產(chǎn)品。
3.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于用二氧化鈦粉末代替三氧化鎢粉末，按反應(yīng)式比例混和，其中，x的范圍為0.1～0.27。
4.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于將一定量WC或TiC粉末與鋁粉，氧化鐵粉按反應(yīng)式比例混和，其中，x的范圍為0.5～2.45，生成鋼結(jié)硬質(zhì)合金。
5.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于將一定量TiC粉末與鋁粉，氧化鐵粉按反應(yīng)式比例混和，其中，x的范圍為0.1～2.36，生成鋼結(jié)硬質(zhì)合金。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金的制備方法，屬于鋼結(jié)硬質(zhì)合金制備技術(shù)領(lǐng)域。將氧化鐵粉，鋁粉，三氧化鎢粉，石墨粉按Fe
文檔編號C22C29/00GK1752239SQ20051008680
公開日2006年3月29日 申請日期2005年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月7日
發(fā)明者郭志猛, 高峰, 林濤 申請人:北京科技大學(xué)