硬質(zhì)合金以及其熱壓制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備硬質(zhì)合金的方法，具體是一種制備WC/Co/金剛石-(:203硬質(zhì)合金的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]WC/Co系硬質(zhì)合金具有高的強(qiáng)度和硬度，良好的紅硬性和耐磨性等特性，廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工、礦山、模具和耐磨件等領(lǐng)域。近年來，隨著硬質(zhì)合金產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，新型高硬度、高韌性、高強(qiáng)度的納米及超細(xì)硬質(zhì)合金材料的研制與開發(fā)，已成為材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的研宄熱點(diǎn)。但是該硬質(zhì)合金材料中具有“不可調(diào)和的矛盾”，也就是材料的硬度和韌性不能同時(shí)滿足。金剛石屬于共建價(jià)結(jié)構(gòu)，具有極高的熔點(diǎn)，而且硬度是自然界最高的。金剛石以微米級(jí)顆粒添加到硬質(zhì)合金中能顯著提高硬質(zhì)合金的硬度。同時(shí)通過細(xì)晶強(qiáng)化提高硬質(zhì)合金的韌性，C2Cr3可以作為晶粒長大抑制劑，因此WC/Co/金剛石-C 2Cr3可成為解決硬度和韌性矛盾的新的復(fù)合材料。
[0003]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，公開號(hào)為CN104073665A的中國專利公開了一種熱壓燒結(jié)WC-Co-CBN復(fù)合材料以及其生產(chǎn)工藝。制備工藝:首先按比例稱取WC、金屬Co粉末和cBN原料，并均勾混合，采用球磨混料，將經(jīng)球磨混合好的原料在50?200°C烘箱中干燥后，再經(jīng)100?300目過篩處理后待用將干燥好的原料裝入模具后，置于熱壓燒結(jié)爐中，燒結(jié)爐以30?50°C /min速度升溫至1200?1400°C，并保溫5?30分鐘，壓力保持在20?50MPa，得到WC-Co-cBN復(fù)合材料。不足之處為:該法制備超細(xì)WC/Co/金剛石_(:2&3硬質(zhì)合金WC晶粒容易長大，難以制得超細(xì)晶、高密度的樣品。檢索中還發(fā)現(xiàn)，公開號(hào)為CN103695685A的中國專利公開了一種微波反應(yīng)燒結(jié)方法制備WC-Co硬質(zhì)合金的方法，W粉、Co粉和C粉的配料、混合、壓制成形后用微波加熱的方式進(jìn)行燒結(jié)，所述的微波反應(yīng)燒結(jié)是將W-Co-C壓坯、微波輔助加熱材料等一同放置于透波材料組成的保溫結(jié)構(gòu)中，在微波高溫爐腔內(nèi)進(jìn)行，以10?150°C /min的升溫速度將材料加熱至1100?1400°C后保溫I?60min得到WC-Co硬質(zhì)合金；與傳統(tǒng)制備WC-Co硬質(zhì)合金的方法相比，具有工藝流程極大簡化、操作過程簡單、制備周期縮短、能源消耗降低，所制備的合金WC晶粒十分細(xì)小，可以代替現(xiàn)有的WC-Co硬質(zhì)合金的生產(chǎn)工藝，采用連續(xù)式或者間歇式微波燒結(jié)爐進(jìn)行生產(chǎn)。不足之處是:微波反應(yīng)燒結(jié)WC-Co硬質(zhì)合金的力學(xué)性能還需進(jìn)一步提高，才能適應(yīng)比較苛刻的應(yīng)用環(huán)境。
[0004]通過檢索現(xiàn)有專利和文獻(xiàn)，未發(fā)現(xiàn)使用熱壓法法制備WC/Co/金剛石-C2Cr3硬質(zhì)合金的報(bào)導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決以上技術(shù)問題，通過金剛石和碳化鉻復(fù)合添加劑的氬氣氣氛保護(hù)的氣壓燒結(jié)法，同時(shí)提高WC/Co硬質(zhì)合金體系的硬度和韌性。
[0006]本發(fā)明首先提供一種用氬氣氣氛保護(hù)的氣壓燒結(jié)超細(xì)晶WC/Co/金剛石-Cr3C2硬質(zhì)合金，其組份為:粒度為0.8微米重量百分比為(90.70，89.40，87.44) %的WC粉，粒度為0.8微米重量百分比為(7.90，7.78，9.72) %的Co粉，粒度0.25微米重量百分比為(1.23，2.55，2.58) %的金剛石粉，重量百分比為(0.17，0.27，0.26) %的碳化鉻，上述原料在無水乙醇介質(zhì)中球磨混合配料，烘干后燒結(jié)成型制備得超細(xì)晶WC/Co/金剛石-Cr3C2硬質(zhì)合金。
[0007]本發(fā)明其次提供上述超細(xì)晶WC/Co/金剛石-Cr3C2硬質(zhì)合金的具體制備步驟:
[0008](I)首先將粒度0.8微米重量百分比為(87.44，89.40，90.70) %的WC粉和粒度0.8微米重量百分比為(7.90，7.78，9.72) %的Co粉裝入新型球磨機(jī)中混合，分散介質(zhì)為無水乙醇，轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分，時(shí)間為16小時(shí)，再分別加入粒度為0.25微米重量百分比為(1.23，2.55，2.58) %的金剛石粉和重量百分比為(0.17，0.27，0.26) %碳化鉻混合8小時(shí)，取出烘干。
[0009](2)將干燥后的原料置于氣壓燒結(jié)爐中，燒結(jié)爐以30-50 °C /min的速度升至9000C，壓力為9Mpa進(jìn)行燒結(jié)得到超細(xì)晶WC/Co/金剛石-Cr3C2硬質(zhì)合金。
[0010]本發(fā)明燒結(jié)溫度低，能耗低，可燒結(jié)復(fù)雜樣品，所得復(fù)合材料力學(xué)性能優(yōu)良，適合批量生產(chǎn)，具有良好的商業(yè)價(jià)值。
[0011]具體實(shí)施方法
[0012]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明:本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0013]實(shí)施例1:(1):首先將粒度為0.8微米重量百分比為90.70%的WC粉和粒度為0.8微米重量百分比為7.90 %的Co粉裝入新型球磨機(jī)中混合，轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分，時(shí)間為16小時(shí)，再分別加入粒度為0-0.25微米重量百分比為1.23%的金剛石粉和重量百分比為0.17%的碳化鉻粉混合8小時(shí)，取出后烘干。
[0014](2):將干燥后的原料置于氣壓燒結(jié)爐中，燒結(jié)爐以30-50°C/min的速度升至9000C，壓力為9Mpa進(jìn)行燒結(jié)得到超細(xì)晶WC/Co/金剛石-Cr3C2硬質(zhì)合金。
[0015]經(jīng)測得抗彎強(qiáng)度為600Mpa，斷裂韌性為15.3，維氏硬度為1925，氣孔率99.5%
[0016]實(shí)施例2:(1):首先將粒度為0.8微米重量百分比為89.40%的WC粉和粒度為0.8微米重量百分比為7.78 %的Co粉裝入新型球磨機(jī)中混合，轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分，時(shí)間為16小時(shí)，再分別加入粒度為0-0.25微米重量百分比為2.55%的金剛石粉和重量百分比為0.27%的碳化鉻粉混合8小時(shí)，取出后烘干。
[0017](2):將干燥后的原料置于氣壓燒結(jié)爐中，燒結(jié)爐以30_50°C/min的速度升至9000C，壓力為9Mpa進(jìn)行燒結(jié)得到超細(xì)晶WC/Co/金剛石-Cr3C2硬質(zhì)合金。
[0018]經(jīng)測得抗彎強(qiáng)度為570Mpa，斷裂韌性為16.8，維氏硬度為2024，氣孔率98.6%
[0019]實(shí)施例3:((1):首先將粒度為0.8微米重量百分比為87.44%的WC粉和粒度為0.8微米重量百分比為9.72%的Co粉裝入新型球磨機(jī)中混合，轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分，時(shí)間為16小時(shí)，再分別加入粒度為0-0.25微米重量百分比為2.58%的金剛石粉和重量百分比為0.26%的碳化鉻粉混合8小時(shí)，取出后烘干。
[0020](2):將干燥后的原料置于氣壓燒結(jié)爐中，燒結(jié)爐以30-50°C/min的速度升至9000C，壓力為9Mpa進(jìn)行燒結(jié)得到超細(xì)晶WC/Co/金剛石-Cr3C2硬質(zhì)合金。
[0021]經(jīng)測得抗彎強(qiáng)度為300Mpa，斷裂韌性為6.2，維氏硬度為662，氣孔率92.0%。
[0022]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超細(xì)晶WC/Co/金剛石-Cr 3C2硬質(zhì)合金，其特征為:其組份如下:粒度為0.8微米重量百分比為90.70%,89.40%、或87.44%的WC粉，粒度為0.8微米重量百分比為7.90%,7.78%、或9.72%的Co粉，粒度0.25微米重量百分比為1.23%,2.55%、或2.58%的金剛石粉，重量百分比為0.17%,0.27%、或0.26%的碳化鉻，上述原料在無水乙醇介質(zhì)中球磨混合配料，烘干后燒結(jié)成型制備得所述超細(xì)晶WC/Co/金剛石-Cr3C2硬質(zhì)合金。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述的超細(xì)晶WC/Co/金剛石-Cr 3C2硬質(zhì)合金的方法，其特征在于:其制備步驟如下:(1)首先將粒度0.8微米重量百分比為90.70%、89.40%、或87.44%的WC粉和粒度0.8微米重量百分比為7.90%、7.78%、或9.72%的Co粉裝入新型球磨機(jī)中混合，分散介質(zhì)為無水乙醇，轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分，時(shí)間為16小時(shí)，再分別加入粒度為0.25微米重量百分比為1.23%,2.55%、或2.58%的金剛石粉和重量百分比為0.17%,0.27%、或0.26%的碳化鉻混合8小時(shí)，取出烘干得到干燥后的原料； (2)將所述干燥后的原料置于氣壓燒結(jié)爐中，燒結(jié)爐以30-50°C/min的速度升至900°C，壓力為9Mpa進(jìn)行燒結(jié)得到所述超細(xì)晶WC/Co/金剛石-Cr3C2硬質(zhì)合金。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣壓燒結(jié)超細(xì)晶WC/Co/金剛石-Cr3C2硬質(zhì)合金，組份為：粒度和重量百分比分別為0.8和（90.70，89.40，87.44）％的WC粉，0.8微米和（7.90,7.78,9.72）％的Co粉，0.25微米和（1.23，2.55，2.58）％的金剛石粉，以及重量百分比為（0.17，0.27，0.26）％的碳化鉻；同時(shí)公開了其制備步驟：（1）將WC粉和Co粉混合，分散介質(zhì)為無水乙醇，轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分，時(shí)間為16小時(shí)，再分別加入金剛石粉和碳化鉻混合8小時(shí)，取出烘干；（2）將干燥后的原料置于氣壓燒結(jié)爐中，以30-50℃/min的速度升至900℃，壓力為9Mpa進(jìn)行燒結(jié)得到。本發(fā)明燒結(jié)溫度低，能耗低，可燒結(jié)復(fù)雜樣品，所得硬質(zhì)合金力學(xué)性能優(yōu)良，適合批量生產(chǎn)。
【IPC分類】C22C1-05, C22C29-08
【公開號(hào)】CN104630592
【申請?zhí)枴緾N201510039801
【發(fā)明人】李坤, 陳海龑, 何秋爽, 董麗華
【申請人】上海海事大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月27日