CN101967594A - 一种以镍钼合金为粘结剂的碳化钛基硬质合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以镍钼合金为粘结剂的碳化钛基硬质合金及其制备方法，其中碳化钛基硬质合金按质量百分比由以下原料构成：镍粉为13-20％，钼粉为7-10％，余量为碳化钛粉；其制备方法是将镍粉、钼粉和碳化钛粉加入球磨机中湿磨后过滤、干燥，然后加入石蜡，搅拌均匀后干燥并模压成型，成型后置于氢气气氛中于300-500℃保温2-3小时，随后置于真空度1×10^-2-5×10^-2Pa，温度1400-1450℃的条件下烧结1-1.5小时得成品。本发明制备的合金材料硬度高，耐磨性、耐腐蚀性好，战略资源消耗低，孔隙度低且性价比高，可用于低碳钢连续切削的(半)精加工，也可作为金刚石涂层刀具的基体材料。

Description

一种以镍钼合金为粘结剂的碳化钛基硬质合金及其制备方法

一、技术领域

本发明涉及一种无钴粘结剂的碳化钛(TiC)基硬质合金，具体地说是一种以镍钼(Ni-Mo)合金为粘结剂的碳化钛基硬质合金及其制备方法。

二、背景技术

硬质合金发明以来，钴(Co)一直是硬质合金的主要粘结剂。因为Co对硬质相有良好的润湿性和粘结性，使碳化钨-钴(WC-Co)，碳化钛-钴(TiC-Co)系硬质合金具有高硬度、高强度、高耐磨性。然而我国Co资源的稀缺，Co资源不能满足国内硬质合金的生产需求，多数Co需要进口，而国际Co资源价格波动幅度较大，使Co供货及需求情况复杂化。并且据报导，肺癌与吸入Co粉末有关。所以近年来Co粘结剂的替代品的研究成为热点。

开发无Co，W的硬质合金已迫在眉睫。TiC是非金属元素C和过渡族金属元素Ti的共价化合物，为面心立方晶格(NaCl型)，八面体结构，其晶格常数为0.4319nm，密度为4.90-4.93g/cm³。TiC的力学性能要优于WC，故TiC可以取代WC做硬质相。Ni与Co在元素周期表中同属铁族金属，密度，熔点，原子半径相近，物理、化学性能相近，而Ni对TiC也表现出良好的润湿性，比Co有更好的抗氧化性和抗蚀性。尤其是合金化后，硬质合金性能更加优越，在低碳含量的下还具有无磁性的优点，但是只加Ni的TiC基硬质合金韧性很差。研究表明加入Mo可以使固溶体[(Ti，Mo，)C]环形相增厚，提高了粘结剂液相对固相碳化物的润湿性，从而可以提高合金的强度；但环形相是脆性的，过多的Mo会导致环形相过厚，反而降低合金的抗弯强度。另外我国的Ni，Ti资源要丰富的多，价格也相对便宜。对于金刚石涂层硬质合金，硬质合金中的粘结相Co是影响金刚石膜与硬质合金表面结合力的制约因素，所以无Co或少Co的硬质合金也可用作高性能金刚石涂层硬质合金的基体。

三、发明内容

本发明为了避免现有技术的不足之处，提供一种无钴添加、成本低、资源丰富的以镍钼合金为粘结剂的TiC基硬质合金及其制备方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明以镍钼合金为粘结剂的碳化钛基硬质合金的特点是按质量百分比其原料构成为：镍粉为13-20％，钼粉为7-10％，余量为碳化钛粉。

本发明以镍钼合金为粘结剂的碳化钛基硬质合金的制备方法的特点是按以下步骤操作：

a、将镍粉、钼粉和碳化钛粉加入球磨机中湿磨至粉末粒度为1-1.5μm得混合浆料，湿磨所用溶剂为无水乙醇；

b、将所述混合浆料过滤、干燥后加入石蜡，搅拌均匀后在100-150℃下真空干燥10-12小时得混合物，将所述混合物投入模具中于300-400MPa压力下成型，然后在氢气气氛中于300-500℃保温2-3小时，随后置于真空度1×10⁴-1×10⁵Pa，温度1400-1450℃的条件下烧结1-1.5小时得成品。

本发明以镍钼合金为粘结剂的碳化钛基硬质合金的制备方法的特点也在于：所述无水乙醇的添加量为每千克粉料添加250-300mL。

本发明以镍钼合金为粘结剂的碳化钛基硬质合金的制备方法的特点也在于：所述石蜡的添加量为原料总质量的2wt％。

本发明以镍钼合金为粘结剂的碳化钛基硬质合金的制备方法的特点也在于：所述碳化钛粉的粒径为1-2μm，镍粉的粒径为1.5-2.5μm，钼粉的粒径为3-4μm。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明采用Ni为粘结剂，对合金基体具有良好的润湿性，比Co有更好的抗氧化性和抗蚀性。

2、本发明添加的Mo可以使合金基体环形相增厚，提高了Ni与合金基体的润湿性，以减小烧结后硬质合金的孔隙度，从而可以提高合金的强度，获得良好的机械性能。

3、本发明制备的合金材料硬度高，耐磨性、耐腐蚀性好，战略资源消耗低，孔隙度低且性价比高，可用于低碳钢连续切削的(半)精加工，也可作为金刚石涂层刀具的基体材料。

四、附图说明

图1是实例1制备的TiC基硬质合金的X射线衍射图。

图2是实例2制备的TiC基硬质合金的X射线衍射图。

图3是实例3制备的TiC基硬质合金的X射线衍射图。

图4是实例1制备的TiC基硬质合金的扫描电镜照片，放大倍数为5000。

图5是实例2制备的TiC基硬质合金的扫描电镜照片，放大倍数为5000。

图6是实例3制备的TiC基硬质合金的扫描电镜照片，放大倍数为5000。

五、具体实施方式

实施例1：

本实施例中，以镍钼合金为粘结剂的碳化钛基硬质合金，按质量百分比其原料构成为：镍粉为20％，钼粉为10％，碳化钛粉70％。

本实施例中以镍钼合金为粘结剂的碳化钛基硬质合金的制备方法，按以下步骤操作：

a、将镍粉、钼粉和碳化钛粉加入行星式球磨机中，球磨机转速为240r/min，球磨球为直径5mm与10mm的WC-8wt％Co硬质合金球磨球，球料比为6∶1，球磨时间为48h，湿磨所用溶剂为无水乙醇，湿磨至粉末粒度为1-1.5μm得混合浆料；

b、将混合浆料过滤、干燥后加入原料总质量2％的石蜡，拌均匀后在100-150℃下真空干燥10-12小时得混合物，将所述混合物投入模具中于300-400MPa压力下成型，然后置于管式炉中在氢气气氛中于300-500℃保温2-3小时，随后置于真空度1×10^-2Pa，温度1400-1450℃的条件下烧结1-1.5小时得成品。

具体实施时无水乙醇的添加量为每千克粉料添加250-300mL；所用碳化钛粉的粒径为1-2μm，镍粉的粒径为1.5-2.5μm，钼粉的粒径为3-4μm；所用石蜡事先用少量汽油溶解后再加入。

根据上述成分和工艺制备的TiC基硬质合金组织均匀，其晶粒大小约为0.8～1.0μm，抗弯强度为1680.3Mpa，硬度为91.8HRA，其X射线衍射图谱见图1，微观形貌见图3。本成分硬质合金可用于低碳钢的连续切削半精加工，也可用作金刚石涂层硬质合金的基体。

实施例2：

本实施例中，以镍钼合金为粘结剂的碳化钛基硬质合金，按质量百分比其原料构成为：镍粉为13％，钼粉为7％，碳化钛粉80％。

本实施例中以镍钼合金为粘结剂的碳化钛基硬质合金的制备方法同实施例1，不同的是步骤b中烧结时的真空度为3×10^-2Pa。

根据上述成分和工艺制备的TiC基硬质合金组织均匀，其晶粒大小约为0.8～1.0μm，抗弯强度为1387.2MPa，硬度为92.1HRA，其X射线衍射图谱见图2，微观形貌见图4。本成分硬质合金可用于低碳钢连续切削精加工，也可用作金刚石涂层硬质合金的基体。

实施例3：

本实施例中，以镍钼合金为粘结剂的碳化钛基硬质合金，按质量百分比其原料构成为：镍粉为17％，钼粉为8％，碳化钛粉75％。

本实施例中以镍钼合金为粘结剂的碳化钛基硬质合金的制备方法同实施例1，不同的是步骤b中烧结时的真空度为5×10^-2Pa。

根据上述成分和工艺制备的TiC基硬质合金组织均匀，其晶粒大小约为0.8～1.0μm，抗弯强度为1467.3MPa，硬度为92.0HRA，其X射线衍射图谱见图3，微观形貌见图6。本成分硬质合金可用于低碳钢连续切削精加工，也可用作金刚石涂层硬质合金的基体。

Claims (5)

1.一种以镍钼合金为粘结剂的碳化钛基硬质合金，其特征是按质量百分比其原料构成为：镍粉为13-20％，钼粉为7-10％，余量为碳化钛粉。

2.一种权利要求1所述的以镍钼合金为粘结剂的碳化钛基硬质合金的制备方法，其特征是按以下步骤操作：

a、将镍粉、钼粉和碳化钛粉加入球磨机中湿磨至粉末粒度为1-1.5μm得混合浆料，湿磨所用溶剂为无水乙醇；

b、将所述混合浆料过滤、干燥后加入石蜡，搅拌均匀后在100-150℃下真空干燥10-12小时得混合物，将所述混合物投入模具中于300-400MPa压力下成型，然后在氢气气氛中于300-500℃保温2-3小时，随后置于真空度1×10^-2-5×10^-2Pa，温度1400-1450℃的条件下烧结1-1.5小时得成品。

3.根据权利要求2所述的以镍钼合金为粘结剂的碳化钛基硬质合金的制备方法，其特征在于：所述无水乙醇的添加量为每千克粉料添加250-300mL。

4.根据权利要求2所述的以镍钼合金为粘结剂的碳化钛基硬质合金的制备方法，其特征在于：所述石蜡的添加量为原料总质量的2wt％。

5.根据权利要求2所述的以镍钼合金为粘结剂的碳化钛基硬质合金的制备方法，其特征在于：所述碳化钛粉的粒径为1-2μm，镍粉的粒径为1.5-2.5μm，钼粉的粒径为3-4μm。

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