微納米碳化鎢/鉬/鉭固溶復合粉末及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及粉末冶金技術領域，具體涉及一種微納米碳化鎢/鉬/鉭固溶復合粉末及其制備方法。
【背景技術】
[0002]金屬碳化物具有較高的熔點、硬度，良好的抗腐蝕、熱穩(wěn)定性，已廣泛用于工業(yè)各個領域，尤其常用于現(xiàn)代制造業(yè)的加工材料。
[0003]隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，對現(xiàn)代制造業(yè)提出了“精密、高效、柔性、智能、綠色環(huán)?！钡雀叩募庸ぜ夹g要求，因而以高效率、高精度和高表面質量為基本特征的高速切削技術成為了現(xiàn)代數(shù)字化高端制造業(yè)的必然選擇，并獲得了越來越廣泛的應用。由硬質相和粘結相組成的Ti(C，N))基金屬陶瓷材料，因具有更高的硬度和耐磨性、足夠的強度和韌性、高的耐熱性、良好的化學穩(wěn)定性等特點，尤其適合高速切削和精加工等領域是現(xiàn)代高效高速切削可轉位刀具材料的最佳選擇，已發(fā)展成為高附加值、高科技含量的產(chǎn)品，在汽車、軌道交通、能源、航空航天、微電子等制造業(yè)廣泛應用，前景十分廣闊。
[0004]金屬陶瓷材料中硬質相Ti(C，N))是多晶燒結材料，其致命弱點是脆性大、韌性不足，并且硬質相與粘結相的匹配潤濕問題目前尚未得到解決，致使其強韌性不足，是金屬陶瓷材料實際工程應用中面臨的關鍵難題。因此對高性能金屬陶瓷材料的設計主要方向是克服脆性及提高韌性。目前，通過添加第二類金屬碳化物來改善Ti(C，N)與粘結相之間的潤濕性，強化結構，并使相應的金屬元素固溶進硬質相及粘結相中，達到一定的固溶強化目的。
[0005]碳化鎢(WC)、碳化鉬(Mo2C)、碳化鉭(TaC)同屬于過渡金屬碳化物，具有較高的硬度、熔點等特點。大量的研究表明，金屬陶瓷中添加適量的WC，可改善粘結相對硬質相的潤濕性，另一方可使硬質相晶粒明顯細化，從而使合金的力學性能提高。而Mo或此2(:可改善液相金屬粘結相對TiC顆粒的潤濕性，在完全潤濕的條件下，TiC顆粒不出現(xiàn)聚集結晶，抑制了燒結時碳化物相晶粒的長大。在金屬陶瓷中添加TaC可以明顯的細化硬質相的顆粒，提高材料的耐磨性，抗氧化能力和熱導率，并且能夠提高金屬陶瓷的紅硬性和抗熱沖擊性能，從而提高金屬陶瓷刀具的斷續(xù)切削性能。
[0006]金屬碳化物的加入方法決定了金屬元素的分布狀態(tài)。第二類金屬碳化物的分散添加，容易使金屬陶瓷中各元素分散不均勻，造成重金屬偏析，從而影響整體陶瓷體的結構，達不到固溶強化的目的。試驗表明，按碳、鎢、鉬、鉭的一定比例進行復合，再將碳化鎢/鉬/鉭固溶復合粉添加進金屬陶瓷粉末中，除了上述金屬碳化物的分散強化、潤濕、晶粒細化的作用外，Mo、W、Ta等金屬元素在燒結溫度下將向TiC顆粒均勻擴散，并取代TiC晶格中的Ti，在TiC顆粒表面上形成(Ti，W，Mo，Ta)C固溶體，將減少TiC顆粒之間的接觸，防止它們發(fā)生聚集長大，使TiC基金屬陶瓷晶粒更細，組織更加均勻，對于金屬陶瓷整體性能的提高有顯著作用。因此碳化鎢/鉬/鉭固溶復合粉的制備研究對提高金屬陶瓷性能有重要意義。

【發(fā)明內容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種微納米碳化鎢/鉬/鉭固溶復合粉末及其制備方法，能制備得到微納米級的均勻的碳化鎢/鉬/鉭固溶復合粉末。
[0008]為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案:
一種微納米碳化鎢/鉬/鉭固溶復合粉末，所述微納米碳化鎢/鉬/鉭固溶復合粉末是以鎢、鉬和鉭與碳化合并固溶形成的(W，Mo，Ta) C固溶體。
[0009]進一步，所述微納米碳化鎢/鉬/鉭固溶復合粉末中鎢、鉬、鉭和碳的原子摩爾比為3?5:2?3:1.5?2: 6.5?10o
[00?0]進一步，所述微納米碳化媽/鉬/鉭固溶復合粉末的平均粒徑為80?300nm。
[0011]上述微納米碳化鎢/鉬/鉭固溶復合粉末的制備方法，包括以下步驟:
(1)配料:稱取鎢粉、鉬粉、鉭粉以及石墨粉，并加入稀土Re，所述稀土 Re為鈰族稀土中的至少一種的氧化物；
(2)高能球磨固相反應:將步驟(1)配得的原料與碳化鎢球一起裝入不銹鋼真空球磨罐進行高能球磨；
(3)熱化合反應:將步驟(2)得到的反應產(chǎn)物放入高溫氣氛爐中，在氮氫混合氣體氣氛下，于800?900°C條件下進行熱化合反應，得到微納米碳化鎢/鉬/鉭固溶復合粉末。
[0012]進一步，所述步驟(1)中，鎢粉、鉬粉、鉭粉以及石墨粉的純度>99.9%，平均粒徑為20 ?ΙΟΟμπ?ο
[0013]進一步，所述步驟(1)中，稀土Re的重量占原料總重量的4%?6 %，稀土Re的平均粒徑 <20μηι。
[0014]進一步，所述步驟(2)中，球料比為6?10:1，球磨速度為200?300轉/min，球磨時間為24?48h。
[0015]進一步，所述步驟(3)中，熱化合反應時間為60?120min。
[0016]進一步，所述步驟(3)中，反應完成后關閉氫氣，在氮氣保護下將得到的微納米碳化鎢/鉬/鉭固溶復合粉末冷卻至室溫后，在氮氣保護下真空包裝。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:
本發(fā)明將鎢粉、鉬粉、鉭粉、石墨粉以及稀土 Re在一起高能球磨固相反應，在高能球磨的機械力的作用下，金屬Mo及Ta與石墨(C)將發(fā)生反應，生成(Mo,Ta)C固溶體，同時少部分W原子固溶進(Mo，Ta)C復合物形成(W，Mo，Ta)C固溶體;然后再結合熱化合反應，媽粉和石墨粉將完成反應生成WC，且(Mo，Ta)C將固溶進WC中，完全生成(W，Mo，Ta)C固溶復合粉末。本發(fā)明制備得到的碳化鎢/鉬/鉭固溶復合粉末為微納米級且分布均勻。
【附圖說明】
[0018]為了使本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明:
圖1為本發(fā)明的工藝流程圖；
圖2為實施例1得到的碳化鎢/鉬/鉭固溶復合粉末的XRD圖譜。
【具體實施方式】
[0019]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖，下面將結合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
[0020]實施例1
(1)配料:稱取鎢粉850g、鉬粉420g、鉭粉420g以及石墨粉150g，并加入75g氧化鈰粉末；鎢粉、鉬粉、