CN101008064A - 一种晶须增韧碳化钨－钴基硬质合金材料及其制备工艺 - Google Patents

一种晶须增韧碳化钨－钴基硬质合金材料及其制备工艺 Download PDF

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陆磊
陈志宝
曾卫军
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Abstract

本发明公开了一种晶须增韧碳化钨－钴基硬质合金材料及其制备工艺，它是采用粉末冶金技术，以碳化钨－钴为基体，通过添加碳化钛晶须，通过一定工艺，从而制得碳化钨－钴基硬质合金材料。其特点是：(1)利用粉末冶金工艺烧结，可以制备出不同形状的产品。(2)硬度高、抗压强度优良、韧性好。碳化钛晶须在保证碳化钨－钴硬质合金强度的前提下，提高了材料的韧性。碳化钛晶须的加入也能够代替钴作为基体的粘结相，使得材料的性能得到提高。(3)制备工艺简单，成本低。本发明的碳化钨－钴基硬质合金材料可以应用于机械、冶金、矿山、精密仪器、军事等行业，用于制造各种刀片、凿岩球齿等磨具材料，也能够满足新型刀具材料的需求。

Description

一种晶须增韧碳化钨-钴基硬质合金材料及其制备工艺
技术领域
本发明涉及硬质合金材料，尤其是涉及一种晶须增韧碳化钨-钴基硬质合金材料及其制备工艺。
背景技术
碳化钨-钴(WC-Co)基硬质合金具有特殊的耐腐蚀性、高硬度、优良的断裂韧性和抗压强度，有现代工业牙齿之称，在机械、冶金、矿山、精密仪器、军事等工业中占有极其重要的地位。随着对WC-Co硬质合金研究的深入，其物理性能得到大幅度提高，应用领域也从普通刀具、模具、耐磨件、耐磨涂层扩展到集成电路板的卫星钻头、航空材料中的高温合金加工、可转位刀片和凿岩球齿等。但对于刀具硬质合金材料来说，由于金属相(例如Co)的存在而使得其使用温度受到限制，不但容易氧化、软化而失效，还容易与被加工金属发生粘连，限制了基质材料潜在性能的充分发挥。目前随着晶须增韧补强陶瓷材料的广泛开展，采用晶须增韧补强硬质合金刀具材料以替代金属相的研究也逐渐得到了重视。在一些发达国家早就注意到晶须增韧补强陶瓷刀具、汽车配件、模具等材料的实际意义。我国近十几年来也展开了对晶须增韧材料的研究，一般以SiC晶须增韧氧化铝复合材料、SiC晶须增韧铝基等金属基等为主，为了使材料的性能得到更好的发挥，必须开发添加不同晶须的刀具材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硬度高、抗压强度优良、韧性好、制备工艺简单、成本低的晶须增韧碳化钨-钴基硬质合金材料及其制备工艺。
本发明的目的是这样实现的：本发明的碳化钨-钴基硬质合金材料的配方是由如下以质量百分比计的成分组成：
碳化钨-钴硬质合金粉末80-99.9
碳化钛晶须20-0.1。
本发明的碳化钨-钴基硬质合金材料是指粉末冶金压制成型真空烧结产品或粉末冶金注射成型真空烧结产品或粉末冶金压制成型氢气烧结产品或粉末冶金注射成型氢气烧结产品。
本发明的制备工艺为：
一、粉末冶金压制成型真空烧结产品的制备工艺为：
1、配料：按化学成分要求，将符合配方质量百分比的80-99.9碳化钨-钴硬质合金粉末和20-0.1碳化钛晶须混合，得到配料；
2、研磨：将配好的配料加入乙醇混合，放入球磨机内研磨0.5-20小时，得到均匀的混合料；
3、制坯：按常规的粉末冶金工艺，将混合料压制成规则形状，制得毛坯；
4、烧结：将制好的产品毛坯在真空中加热至1300-1700℃区间的某一温度，保温1-10小时，随炉冷却，得到成品。
二、粉末冶金注射成型真空烧结产品的制备工艺为：
制备粉末冶金注射成型真空烧结产品的步骤1、2与制备粉末冶金压制成型真空烧结产品的步骤1、2相同，不同之处在于：
3、制坯：按照注射成型的工艺，将混合料放入注射机内，然后注射到模具内成型，制得毛坯；
4、烧结：将制好的产品毛坯在真空中加热至1300-1700℃区间的某一温度，保温0.5-10小时，随炉冷却，得到成品。
三、粉末冶金压制成型氢气烧结产品的制备工艺为：
制备粉末冶金压制成型氢气烧结产品的步骤1、2、3与制备粉末冶金烧结压制真空产品的制备工艺的步骤1、2、3相同，不同之处在于：
4、烧结：将制好的产品毛坯在氢气的气氛中加热至1300-1700℃区间的某一温度，保温1-10小时，随炉冷却，得到成品。
四、粉末冶金注射成型氢气烧结产品的制备工艺为：
制备粉末冶金注射成型氢气烧结产品的步骤1、2、3与制备粉末冶金注射成型真空烧结产品的步骤1、2、3相同，不同之处在于：
4、烧结：将制好的产品毛坯在氢气的气氛中加热至1300-1700℃区间的某一温度，保温1-10小时，随炉冷却，得到成品。
本发明是采用粉末冶金技术，以碳化钨-钴为基体，通过添加碳化钛晶须，通过一定工艺，从而制得碳化钨-钴基硬质合金材料，其特点是：
(1)、利用粉末冶金工艺烧结，可以制备出不同形状的产品。
(2)、硬度高、抗压强度优良、韧性好：由于晶须是高强度一维单晶，极其纯净，内部没有缺陷，因此其强度高于与其尺寸相同的其它材料。碳化钛(TiC)晶须的加入，与碳化钨-钴硬质合金粉末混合后，通过球磨机的研磨，能够均匀的分布。晶须可在材料中起到了裂纹桥联、裂纹偏转、拔除效应的作用，在保证其强度的前提下，提高了材料的韧性。碳化钛晶须的加入也能够代替钴作为基体的粘结相，使得材料的性能得到提高。
(3)、制备工艺简单，成本低。
本发明的碳化钨-钴基硬质合金材料性能如下：
(1)、粉末冶金压制成型真空烧结产品、粉末冶金注射成型真空烧结产品：
抗压强度：1050-1035Mpa    硬度：91.3-91.6H
比重：14.5-14.6g/m3       冲击功ak：13.5-14.5J/cm2；
(2)、粉末冶金压制成型氢气烧结产品、粉末冶金注射成型氢气烧结产品：
抗压强度：1250-1500Mpa    硬度：92-93H
比重：14.38-14.6g/m3      冲击功ak：13.5-14.5J/cm2。
本发明的碳化钨-钴基硬质合金材料同时具有优良的物理性能和力学性能，是一种新型功能材料，可以应用于机械、冶金、矿山、精密仪器、军事等行业，用于制造各种刀片、凿岩球齿等磨具材料。另外，传统的刀具材料虽具有优良的硬度和抗压强度，但在韧性方面有所欠缺，因此，本发明在保证良好的硬度和抗压强度的前提下，极大地改善了材料的韧性，能够满足新型刀具材料的需求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但应理解本发明的范围非仅限于这些实施例的范围。
实施例1：制备粉末冶金压制成型真空烧结产品：
1、配料：材料的化学成份(以质量百分比计)取碳化钨-钴硬质合金YG10粉末99.9，碳化钛晶须0.1，先按常规合金配料方法计算碳化钨-钴硬质合金粉末和碳化钛晶须的加入量，再将二者混合，得到配料；
2、研磨：将配好的配料加入乙醇混合，放入球磨机内研磨0.5小时，得到均匀的混合料；
3、制坯：按常规的粉末冶金工艺，将混合料压制成规则形状，制得毛坯；
4、烧结：将制好的产品毛坯在真空中加热至1300℃温度，保温1小时，随炉冷却，得到成品。
实施例2：制备粉末冶金压制成型真空烧结产品：
1、配料：材料的化学成份(以质量百分比计)取碳化钨-钴硬质合金粉末8 3，碳化钛晶须17，先按常规合金配料方法计算碳化钨-钴硬质合金粉末和碳化钛晶须的的加入量，再将二者混合，得到配料；
2、研磨：将配好的配料加入乙醇混合，放入球磨机内研磨15小时，得到均匀的混合料；
3、制坯：按常规的粉末冶金工艺，将混合料压制成规则形状，制得毛坯；
4、烧结：将制好的产品毛坯在真空中加热至1650℃温度，保温4小时，随炉冷却，得到成品。
实施例3：制备粉末冶金注射成型真空烧结产品
1、配料：材料的化学成份(以质量百分比计)取碳化钨-钴硬质合金粉末80，碳化钛晶须20，先按常规合金配料方法计算碳化钨-钴硬质合金粉末和碳化钛晶须的加入量，再将二者混合，得到配料；
2、研磨：将配好的配料加入乙醇混合，放入球磨机内研磨20小时，得到均匀的混合料；
3、制坯：按照注射成型的工艺，将混合料放入注射机内，然后注射到模具内成型，制得毛坯；
4、烧结：将制好的产品毛坯在真空中加热至1700℃温度，保温10小时，随炉冷却，得到成品。
实施例4：制备粉末冶金注射成型真空烧结产品
1、配料：材料的化学成份(以质量百分比计)取碳化钨-钴硬质合金粉末98，碳化钛晶须2，先按常规合金配料方法计算碳化钨-钴硬质合金粉末和碳化钛晶须的加入量，再将二者混合，得到配料；
2、研磨：将配好的配料加入乙醇混合，放入球磨机内研磨2小时，得到均匀的混合料；
3、制坯：按照注射成型的工艺，将混合料放入注射机内，然后注射到模具内成型，制得毛坯；
4、烧结：将制好的产品毛坯在真空中加热至1400℃温度，保温3小时，随炉冷却，得到成品。
实施例5：制备粉末冶金压制成型氢气烧结产品：
1、配料：材料的化学成份(以质量百分比计)取碳化钨-钴硬质合金粉末15，碳化钛晶须5，先按常规合金配料方法计算碳化钨-钴硬质合金粉末和碳化钛晶须的加入量，再将二者混合，得到配料；
2、研磨：将配好的配料加入乙醇混合，放入球磨机内研磨7小时，得到均匀的混合料；
3、制坯：按常规的粉末冶金工艺，将混合料压制成规则形状，制得毛坯；
4、烧结：将制好的产品毛坯在氢气的气氛中加热至1600℃温度，保温9小时，随炉冷却，得到成品。
实施例6：制备粉末冶金压制成型氢气烧结产品：
1、配料：材料的化学成份(以质量百分比计)取碳化钨-钴硬质合金粉末87，碳化钛晶须13，先按常规合金配料方法计算碳化钨-钴硬质合金粉末和碳化钛晶须的加入量，再将二者混合，得到配料；
2、研磨：将配好的配料加入乙醇混合，放入球磨机内研磨12小时，得到均匀的混合料；
3、制坯：按常规的粉末冶金工艺，将混合料压制成规则形状，制得毛坯；
4、烧结：将制好的产品毛坯在氢气的气氛中加热至1550℃温度，保温7.5小时，随炉冷却，得到成品。
实施例7：制备粉末冶金注射成型氢气烧结产品
1、配料：材料的化学成份(以质量百分比计)取碳化钨-钴硬质合金粉末90，碳化钛晶须10，先按常规合金配料方法计算碳化钨-钴硬质合金粉末和碳化钛晶须的加入量，再将二者混合，得到配料；
2、研磨：将配好的配料加入乙醇混合，放入球磨机内研磨10小时，得到均匀的混合料；
3、制坯：按照注射成型的工艺，将混合料放入注射机内，然后注射到模具内成型，制得产品毛坯；
4、烧结：将制好的产品毛坯在氢气的气氛中加热至1500℃温度，保温5小时，随炉冷却，得到成品。
实施例8：制备粉末冶金注射成型氢气烧结产品
1、配料：材料的化学成份(以质量百分比计)取碳化钨-钴硬质合金粉末92，碳化钛晶须8，先按常规合金配料方法计算碳化钨-钴硬质合金粉末和碳化钛晶须的加入量，再将二者混合，得到配料；
2、研磨：将配好的配料加入乙醇混合，放入球磨机内研磨5小时，得到均匀的混合料；
3、制坯：按照注射成型的工艺，将混合料放入注射机内，然后注射到模具内成型，制得产品毛坯；
4、烧结：将制好的产品毛坯在氢气的气氛中加热至1350℃温度，保温6小时，随炉冷却，得到成品。

Claims (6)

1、一种晶须增韧碳化钨-钴基硬质合金材料，其特征在于：配方是由如下以质量百分比计的成分组成：
碳化钨-钴硬质合金粉末    80-99.9
碳化钛晶须               20-0.1。
2、如权利要求1所述的晶须增韧碳化钨-钴基硬质合金材料，其特征在于：所述碳化钨-钴基硬质合金材料是指粉末冶金压制成型真空烧结产品或粉末冶金注射成型真空烧结产品或粉末冶金压制成型氢气烧结产品或粉末冶金注射成型氢气烧结产品。。
3、如权利要求2所述的晶须增韧碳化钨-钴基硬质合金材料的制备工艺，其特征在于：粉末冶金压制成型真空烧结产品的制备工艺为：
(1)、配料：按化学成分要求，将符合配方质量百分比的80-99.9碳化钨-钴硬质合金粉末和20-0.1碳化钛晶须混合，得到配料；
(2)、研磨：将配好的配料加入乙醇混合，放入球磨机内研磨0.5-20小时，得到均匀的混合料；
(3)、制坯：按常规的粉末冶金工艺，将混合料压制成规则形状，制得毛坯；
(4)、烧结：将制好的产品毛坯在真空中加热至1300-1700℃区间的某一温度，保温1-10小时，随炉冷却，得到成品。
4、如权利要求2所述的晶须增韧碳化钨-钴基硬质合金材料的制备工艺，其特征在于：粉末冶金注射成型真空烧结产品的制备工艺为：
(1)、配料：按化学成分要求，将符合配方质量百分比的80-99.9碳化钨-钴硬质合金粉末和20-0.1碳化钛晶须混合，得到配料；
(2)、研磨：将配好的配料加入乙醇混合，放入球磨机内研磨0.5-20小时，得到均匀的混合料；
(3)、制坯：按照注射成型的工艺，将混合料放入注射机内，然后注射到磨具内成型，制得毛坯；
(4)、烧结：将制好的产品毛坯在真空中加热至1300-1700℃区间的某一温度，保温0.5-10小时，随炉冷却，得到成品。
5、如权利要求2所述的晶须增韧碳化钨-钴基硬质合金材料的制备工艺，其特征在于：粉末冶金压制成型氢气烧结产品的制备工艺为：
(1)、配料：按化学成分要求，将符合配方质量百分比的80-99.9碳化钨-钴硬质合金粉末和20-0.1碳化钛晶须混合，得到配料；
(2)、研磨：将配好的配料加入乙醇混合，放入球磨机内研磨0.5-20小时，得到均匀的混合料；
(3)、制坯：按常规的粉末冶金工艺，将混合料压制成规则形状，制得毛坯；
(4)、烧结：将制好的产品毛坯在氢气的气氛中加热至1300-1700℃区间的某一温度，保温1-10小时，随炉冷却，得到成品。
6、如权利要求2所述的晶须增韧碳化钨-钴基硬质合金材料的制备工艺，其特征在于：粉末冶金注射成型氢气烧结产品的制备工艺为：
(1)、配料：按化学成分要求，将符合配方质量百分比的80-99.9碳化钨-钴硬质合金粉末和20-0.1碳化钛晶须混合，得到配料；
(2)、研磨：将配好的配料加入乙醇混合，放入球磨机内研磨0.5-20小时，得到均匀的混合料；
(3)、制坯：按照注射成型的工艺，将混合料放入注射机内，然后注射到模具内成型，制得毛坯；
(4)、烧结：将制好的产品毛坯在氢气的气氛中加热至1300-1700℃区间的某一温度，保温1-10小时，随炉冷却，得到成品。
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