CN101880810A - 一种含铝化镍和硼铜基的硬质合金及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种含铝化镍和硼铜基的硬质合金及其制备方法，在以碳化钨为基体材料的碳化钨基硬质合金中，添加一部分Ni3Al代替合金中的钴，并同时添加微量硼铜等添加剂，通过高温烧结而得到一种低成本高性能(高温性能)的碳化钨及硬质合金材料。所述的碳化钨为基体材料的碳化钨基硬质合金成分的重量百分比配比如下：WC：70-90％；Ni3Al 15-25％；B：0.05-0.08％；Cu：0.05-0.08％，其余为不可避免的微量杂质。所述硬质合金制备方法包括如下步骤：将WC、Ni3Al、B和Cu按下述重量百分比进行配比；再将上述粉末原料配比用量分批倒入湿磨机进行球磨，直到WC、Ni3Al、B和Cu等粉末均匀分布。然后湿磨，混合，压制，烧结成品。

Description

一种含铝化镍和硼铜基的硬质合金及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种硬质合金产品及其制造方法，具体说是一种含铝化镍和硼铜基的硬质合金及其制造方法，主要用于替代碳化钨基硬质合金材料制作各种高硬合金产品。
背景技术
现有的碳化钨基硬质合金材料，主要由基体碳化钨和钴粘结组成。钴粘结的硬质合金在高温使用时，其硬度，强度等各项指标比常温下减少50％-90％，而且温度越高，性能越低。此外，钴资源短缺，致使原材料成本价格偏高。如何进一步提高硬质合金的机械性能，降低生产成本成了各大生产厂家必须解决的问题。
李沐山先生曾在《20世纪90年代世界硬质合金材料技术发展》一书中提到，Ni3Al、NiAl等金属间化合物具有一系列优异的力学性能尤其是耐高温、抗氧化等独特的性能，但其在室温下的性塑和韧性比较差。随着研究的深入，人们发现通过微合金化等方法可能显著改善其室温塑性和韧性。因此，近来有许多关于铝化镍基的合金技术报道。如中国专利申请号为00120369.X，名称为“同时铝化镍基和钴基超级合金的方法”的发明专利公开了一种在单一工艺室内，采用相同的铝供体和活化剂同时汽相铝化镍基和钴基超级合金形成厚度大致相等的扩散铝化物涂层的方法。该方法提出使用铝含量为约50-60％(重量的)的铝供体，和用量为至少1克/升涂覆室体积的氟化铝活化剂。在约1900-1950°F的温度下在惰性或还原气氛中同时汽相铝化镍基和钴基超级合金4.5-5.5小时。采用这些原料和工艺参数在两种超级合金上形成的扩散铝化物涂层彼此间的厚度差不超过30％。
中国专利申请号为200610046863.8，名称为“制备铝-镍基合金的方法”的发明专利公开了另一种制备铝-镍基合金的方法，该方法采用电解法是用单一的纯镍或镍基合金为阳极材料，电解质由95～99wt％的冰晶石和1～5wt％的Al2O3组成，将单一的纯镍或镍基合金作为电解的阳极，将上述的电解质在电解槽中制备得到铝-镍基合金。用铝热还原法时金属铝占反应物总重量的50～99.1％，镍的氧化物或失效的雷尼镍或两者的混合物均以实际含镍的重量计量，按实际含镍占反应物总重量的0.1～50％，在温度为850～1500℃的范围内，在冰晶石的熔体中先加入镍的氧化物或失效的雷尼镍或两者的混合物，再加入金属铝，搅拌后制备得到铝-镍基合金。
中国专利申请号为200910028726.5，名称为“一种铝镍中间合金及其制备方法”的发明专利公开了另一种铝镍中间合金及其制备方法，由主料和辅料制成，主料为原铝液、金属镍。辅料为精炼剂、覆盖剂；其特征是：按重量百分比计合金组成：金属镍镍含量为99.96％99.98％；原铝液硅含量为0.01％-0.1％、铁含量为0.001％-0.12％、铝含量99.97％99.99％。合金和原铝液的投入量(以10T炉计算)：原铝液8T-9T，金属镍0.96T-1.2T，精炼剂、覆盖剂适量。
但现有的铝镍合金都一直未解决铝镍合金室温下的性塑和韧性比较差的问题，所以所制成的产品室温下的性塑和韧性不理想，很有必要对此进一步加以改进。
发明内容
本发明的目的主要是针对现有铝镍合金室温下的性塑和韧性不理想的不足，提出了一种在室温下的性塑和韧性更好的铝镍基合金及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提出了技术实施方案是：一种含铝化镍和硼铜基的硬质合金，在以碳化钨为基体材料的碳化钨基硬质合金中，添加一部分Ni3Al代替合金中的钴，并同时添加微量硼铜等添加剂，通过高温烧结而得到一种低成本高性能(高温性能)的碳化钨及硬质合金材料。该材料主要特征是，在配比过程中，用一部分镍铝代替钴，并加入微量元素硼和铜，改变晶型晶貌从而改变Ni3Al室温塑性和韧性较低的缺陷，从而达到如钴粘结的室温效果。所述的碳化钨为基体材料的碳化钨基硬质合金成分的重量百分比配比如下：WC：70-90％；Ni3Al 15-25％；B：0.05-0.08％；Cu：0.05-0.08％，其余为不可避免的微量杂质。
上述这种含铝化镍和硼铜基的碳化钨基硬质合金冶金粉末材料的制备方法包括如下步骤：
1)碳化钨基硬质合金粉末成分设计。将WC、Ni3Al、B和Cu按下述重量百分比进行配比：WC：70-90％；Ni3Al 15-25％；B：0.05-0.08％；Cu：0.05-0.08％，其余为不可避免的微量杂质。
2)高能球磨制备硬质合金粉末。将上述粉末原料配比用量分批倒入湿磨机进行球磨，直到WC、Ni3Al、B和Cu等粉末均匀分布。
3)按粉末冶金方法生产：湿磨，混合，压制，烧结成品。
本发明与现有的钨钴材料相比，具有如下优点：
1)采用本发明技术制备的碳化钨基硬质合金材料，用资源丰富的铝镍代替储量较少，价格较高的钴资源，从而降低了生产成本。
2)在基体材料中添加了部分微量元素硼和铜，使其塑性大幅度提高(大约提高50％)，从而抑制晶间断裂。
3)显著提高了合金的高温使用性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明。
实施例一
一种含铝化镍和硼铜基的硬质合金，以碳化钨为基体，在以碳化钨为基体材料的碳化钨基硬质合金中，添加一部分Ni3Al，并同时添加微量硼铜等添加剂，通过高温烧结而得到一种低成本高性能(高温性能)的碳化钨及硬质合金材料。该材料主要特征是，在配比过程中，用一部分镍铝代替钴，并加入微量元素硼和铜，改变晶型晶貌从而改变Ni3Al室温塑性和韧性较低的缺陷，从而达到如钴粘结的室温效果。所述的碳化钨为基体材料的碳化钨基硬质合金成分的重量百分比配比如下：WC：70％；Ni3Al 25％；B：0.05％；Cu：0.08％，其余为不可避免的微量杂质。
上述这种碳化钨基硬质合金冶金粉末材料的制备方法包括如下步骤：
1)碳化钨基硬质合金粉末成分设计。将WC、Ni3Al、B和Cu按下述重量百分比进行配比：WC：70％；Ni3Al 25％；B：0.05％；Cu：0.08％，其余为不可避免的微量杂质。
2)高能球磨制备硬质合金粉末。将上述粉末原料配比用量分批倒入湿磨机进行球磨，直到WC、Ni3Al、B和Cu等粉末均匀分布。
3)按粉末冶金方法生产：湿磨，混合，压制，烧结成品。
实施例二
一种含铝化镍和硼铜基的硬质合金，以碳化钨为基体，在以碳化钨为基体材料的碳化钨基硬质合金中，用一部分Ni3Al代替钴，并同时添加微量硼铜等添加剂，通过高温烧结而得到一种低成本高性能(高温性能)的碳化钨及硬质合金材料。该材料主要特征是，在配比过程中，用一部分镍铝代替钴，并加入微量元素硼和铜，改变晶型晶貌从而改变Ni3Al室温塑性和韧性较低的缺陷，从而达到如钴粘结的室温效果。所述的碳化钨为基体材料的碳化钨基硬质合金成分的重量百分比配比如下：WC：85％；Ni3Al 14％；B：0.08％；Cu：0.05％，其余为不可避免的微量杂质。
上述这种碳化钨基硬质合金冶金粉末材料的制备方法包括如下步骤：
1)碳化钨基硬质合金粉末成分设计。将WC、Ni3Al、B和Cu按下述重量百分比进行配比：WC：85％；Ni3Al 14％；B：0.08％；Cu：0.05％，其余为不可避免的微量杂质。
2)高能球磨制备硬质合金粉末。将上述粉末原料配比用量分批倒入湿磨机进行球磨，直到WC、Ni3Al、B和Cu等粉末均匀分布。
按粉末冶金方法生产：湿磨，混合，压制，烧结成品。
按照该配比制作的碳化钨基硬质合金性能最为优越，具有比原单纯的碳化钨基硬质合金更为优越的室温塑性和韧性。
实施例三
一种含铝化镍和硼铜基的硬质合金，以碳化钨为基体，在以碳化钨为基体材料的碳化钨基硬质合金中，用一部分Ni3Al代替钴，并同时添加微量硼铜等添加剂，通过高温烧结而得到一种低成本高性能(高温性能)的碳化钨及硬质合金材料。该材料主要特征是，在配比过程中，用一部分镍铝代替钴，并加入微量元素硼和铜，改变晶型晶貌从而改变Ni3Al室温塑性和韧性较低的缺陷，从而达到如钴粘结的室温效果。所述的碳化钨为基体材料的碳化钨基硬质合金成分的重量百分比配比如下：WC：80％；Ni3Al 19％；B：0.07％；Cu：0.06％，其余为不可避免的微量杂质。
上述这种碳化钨基硬质合金冶金粉末材料的制备方法包括如下步骤：
1)碳化钨基硬质合金粉末成分设计。将WC、Ni3Al、B和Cu按下述重量百分比进行配比：WC：80％；Ni3Al 19％；B：0.07％；Cu：0.06％，其余为不可避免的微量杂质。
2)高能球磨制备硬质合金粉末。将上述粉末原料配比用量分批倒入湿磨机进行球磨，直到WC、Ni3Al、B和Cu等粉末均匀分布。
按粉末冶金方法生产：湿磨，混合，压制，烧结成品。
按照该配比制作的碳化钨基硬质合金，具有较为均衡的室温塑性和韧性。

Claims (2)

1.一种含铝化镍和硼铜基的硬质合金，以碳化钨为基体，，其特征在于：在以碳化钨为基体材料的碳化钨基硬质合金中，添加一部分Ni3Al代替合金中的钴，并同时添加微量硼铜等添加剂，通过高温烧结而得到一种碳化钨及硬质合金材料；所述的碳化钨为基体材料的碳化钨基硬质合金成分的重量百分比配比如下：WC：70-90％；Ni3Al 15-25％；B：0.05-0.08％；Cu：0.05-0.08％，其余为不可避免的微量杂质。
2.一种权利要求1所述含铝化镍和硼铜基的硬质合金制作方法，所述含铝化镍和硼铜基的硬质合金制作的制备方法包括如下步骤：
A.碳化钨基硬质合金粉末成分设计：将WC、Ni3Al、B和Cu按下述比例进行配比：WC：70-90％；Ni3Al 15-25％；B：0.05-0.08％；Cu：0.05-0.08％，其余为不可避免的微量杂质；
B.高能球磨制备硬质合金粉末：将上述粉末原料配比用量分批倒入湿磨机进行球磨，直到WC、Ni3Al、B和Cu等粉末均匀分布；
C.按粉末冶金方法生产：湿磨，混合，压制，烧结成品。
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