CN102031436A - 一种改善WC-Co硬质合金耐腐蚀性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善WC-Co硬质合金耐腐蚀性能的方法，通过在WC-Co硬质合金中联合添加Cr3C2-VC或联合添加Cr3C2-VC-Ln(稀土)，实现对WC-Co硬质合金耐腐蚀性能改善的目的。所述Cr3C2、VC、Ln添加量分别控制在占粘结剂质量分数5％、4％和0.6％，在湿磨过程中加入。所述Ln以Ln-Co预合金粉末形式或以氧化物形式添加。以氧化物形式添加时添加量以氧化物计。所述掺杂WC-Co硬质合金的晶粒度＞1μm，采用压力烧结工艺制备。联合添加Cr3C2-VC-Ln改善WC-Co硬质合金耐腐蚀性能的效果更加显著。

Description

一种改善WC-Co硬质合金耐腐蚀性能的方法
技术领域
本发明涉及一种改善WC-Co硬质合金耐腐蚀性能的方法，属于粉末冶金材料领域。
背景技术
在硬质合金中，WC-Co硬质合金是应用领域最广的一类合金。然而，与无金属粘结相硬质合金、Cr3C2基硬质合金、WC-Ni-Cr3C2硬质合金以及WC-Co-Ni-Cr3C2硬质合金等相比，WC-Co硬质合金的耐腐蚀性能相对较差。对在液体介质(包括冷却介质)或潮湿环境等工况条件下使用的硬质合金工具材料，合金的耐腐蚀性能严重影响其使用寿命。尽管如此，如何改善WC-Co硬质合金的耐腐蚀性能并未引起重视。通常，矿山工具、轧辊等WC-Co硬质合金的合金晶粒度＞1μm。对于这类合金晶粒度＞1μm的硬质合金通常不添加VC或Cr3C2。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能有效提高WC-Co硬质合金耐腐蚀性能改善WC-Co硬质合金耐腐蚀性能的方法。
本发明通过在WC-Co硬质合金中联合添加Cr3C2-VC或联合添加Cr3C2-VC-Ln(稀土)，实现对WC-Co硬质合金耐腐蚀性能改善的目的。所述Cr3C2、VC、Ln添加量分别控制在占粘结剂质量分数约5％、4％和0.6％，在湿磨过程中加入。所述Ln是混合稀土或单质稀土，以Ln-Co预合金粉末形式或以氧化物形式添加。以氧化物形式添加时添加量以氧化物计。所述掺杂WC-Co硬质合金的晶粒度＞1μm，采用压力烧结工艺制备。联合添加Cr3C2-VC-Ln改善WC-Co硬质合金耐腐蚀性能的效果更加显著。
本发明改善WC-Co硬质合金耐腐蚀性能的基本原理是，通过Cr-V或Cr-V-Ln之间的协同作用，改变WC/Co相界的界面性质(产生含Cr-V或Cr-V-Ln的几个原子级厚度的偏析膜)；通过Cr-V-W或Cr-V-W-Ln在Co中的固溶协同行为，改变Co粘结相的性质，从而提高合金的耐腐蚀性能。
综上所述，本发明是一种能有效提高WC-Co硬质合金耐腐蚀性能的方法。
附图说明
图1是pH＝1条件下C1、C2、C3、C4等4种硬质合金的电化学腐蚀塔菲尔曲线；
图2是pH＝7条件下C1、C2、C3、C4等4种硬质合金的电化学腐蚀塔菲尔曲线；
图3是pH＝13条件下C1、C2、C3、C4等4种硬质合金的电化学腐蚀塔菲尔曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
采用费氏粒度为34.1μm、总碳为6.14％的WC粉，费氏粒度为2.0μm的Co粉，费氏粒度为1.02μm、总碳为13.26％的Cr3C2粉，费氏粒度为1.05μm、总碳为18.19％的VC粉，-200目、含Co质量分数为65％的以La、Ce、Pr、Nd为主的混合稀土(RE)-Co预合金粉以及比表面积平均径为73.1nm的La2O3粉为原料。在相同的制备工艺条件下制备WC-8.5Co(C1)、WC-8.5Co-0.4Cr3C2-0.3VC(C2)、WC-8.5Co-0.4Cr3C2-0.3VC-0.05RE(C3)以及WC-8.5Co-0.4Cr3C2-0.3VC-0.05La2O3(C4)等4种硬质合金。合金的烧结在压力烧结炉内进行，烧结温度为1450℃，保温时间为120min，烧结炉内压力为5.6MPa。金相组织结构观察结果表明，4种合金均为两相合金，合金中不存在脱碳相或渗碳相，4种合金的晶粒度均＞5μm。
将NaCl溶液调配为pH为7的中性溶液；在NaCl溶液中添加适量的H2SO4调节pH值为1；在NaCl溶液中添加适量的N aOH溶液调节pH值为13。图1、图2、图3分别为pH＝1、pH＝7、pH＝13条件下C1、C2、C3、C4等4种硬质合金的电化学腐蚀塔菲尔曲线。表1列出了不同pH值条件下4种合金对应的自腐蚀电流密度(J)。
表1不同pH值条件下4种硬质合金对应的自腐蚀电流密度，J/(μA·cm-2)
Figure BDA0000044114900000021
自腐蚀电位越高(越正)，自腐蚀电流密度越小，合金越不容易被腐蚀。由图1、图2、图3与表1可知，无论在哪种腐蚀条件下，合金耐腐蚀性排序均为：C3＞C4＞C2＞C1。由自腐蚀电流密度可知，C3与C4合金之间的耐腐性能相差较小，C3与C4合金的耐腐性能明显优于C2合金，C3、C4以及C2合金的耐腐性能明显优于C1合金。Cr3C2-VC的联合加入明显改善合金的耐腐蚀性能，Cr3C2-VC-Ln的联合加入可进一步改善合金的耐腐蚀性能。
实施例2：
采用费氏粒度为12.0μm、总碳为6.14％的WC粉，费氏粒度为1.5μm的Co粉，费氏粒度为1.02μm、总碳为13.26％的Cr3C2粉，费氏粒度为1.05μm、总碳为18.19％的VC粉，-200目、含Co质量分数为65％的La-Co预合金粉以及比表面积平均径为67.2nm的Y2O3粉为原料。在相同的制备工艺条件下制备WC-10Co、WC-10Co-0.5Cr3C2-0.4VC-0.06La与WC-10Co-0.5Cr3C2-0.4VC-0.06Y2O3硬质合金。合金的烧结在压力烧结炉内进行，烧结温度为1430℃，保温时间为120min，烧结炉内压力为5.6MPa。金相组织结构观察结果表明，3种合金均为两相合金，合金中不存在脱碳相或渗碳相，3种合金的晶粒度均＞2.4μm。
表2列出了不同pH值条件下3种合金对应的自腐蚀电流密度(J)。
表2  不同pH值条件下3种硬质合金对应的自腐蚀电流密度，J/(μA·cm-2)
Figure BDA0000044114900000031
由表2可知，无论在哪种腐蚀条件下，Cr3C2-VC-Ln的联合加入均可显著改善WC-Co硬质合金的耐腐蚀性能。

Claims (3)

1.一种改善WC-Co硬质合金耐腐蚀性能的方法，其特征是：在WC-Co硬质合金中联合添加Cr3C2-VC或联合添加Cr3C2-VC-Ln，所述Cr3C2、VC、Ln添加量分别控制在占粘结剂质量分数5％、4％和0.6％，在混合料湿磨过程中加入。
2.根据权利要求1所述的改善WC-Co硬质合金耐腐蚀性能的方法，其特征是：所述Ln是混合稀土或单质稀土，以Ln-Co预合金粉末形式或以氧化物形式添加，以氧化物形式添加时添加量以氧化物计。
3.根据权利要求1或2所述的改善WC-Co硬质合金耐腐蚀性能的方法，其特征是：所述的掺杂WC-Co硬质合金的晶粒度＞1μm，采用压力烧结工艺制备。
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