CN102134663A - 以铁－铝金属间化合物为主粘结相的硬质合金及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以铁－铝金属间化合物FeAl或Fe₃Al为主粘结相、次粘结相为钴，硬质相为碳化钨和/碳化钛以及Cr₃C₂的硬质合金，其制备依次包括：按Fe₄₀Al或Fe₂₈Al的成分比例，把铁粉和铝粉与WC和/或TiC粉末混匀；非氧化性气氛下，加热、保温、冷却，获得WC和/或TiC与FeAl或Fe₃Al的混合物；混合物碾磨、破碎，获得粒度为120μm以下的WC和/或TiC与FeAl或Fe₃Al的混合粉末；除氧预处理；将一定质量百分比的钴粉、Cr₃C₂粉，分别与余量的上述WC和/或TiC与FeAl或Fe₃Al的混合物粉末湿磨混合；喷雾干燥、压制成型制成压坯；低压液相烧结，获得FeAl或Fe₃Al为主粘结相的硬质合金，组织结构均匀、合金的致密化高、强度高、耐磨性好、抗高温氧化性和抗硫蚀性优异，同时制备工艺简单、制造成本低。

Description

以铁-铝金属间化合物为主粘结相的硬质合金及制备方法

技术领域

本发明涉及一种硬质合金材料及其制备方法，特别是一种通过粉末冶金的技术制备以碳化物为基体、铁－铝金属间化合物为主粘结相的增韧增强的硬质合金及其方法。

背景技术

碳化钨硬质合金由于其高强度、高硬度、高耐磨性和高红硬性，被广泛地用作切削刀具、矿山工具和耐磨零件等。现有的碳化钨硬质合金材料主要是由基体碳化钨和粘结相钴金属组成。由于钴对碳化钨的润湿性好使其室温综合力学性能好，但钴属于战略资源，价格较为昂贵，且其高温耐磨性、高温抗氧化性和抗腐蚀性能均相对较低，在一定程度上限制了以钴作为粘结相的碳化钨硬质合金的应用。而金属间化合物原子的长程有序排列和原子间金属键与共价键共存的特性，使其在抗高温氧化、抗腐蚀等方面具有独特的优异性，如FeAl、Fe₃Al金属间化合物的在耐硫蚀、抗氧化及耐磨损等方面表现优越，其弱铁磁性，适合于恶劣的工作环境，且其突出优点是成本低。

目前制备以FeAl、Fe₃Al金属间化合物为粘结相的硬质合金的方法主要有：

1、液相烧结法，即将FeAl、Fe₃Al金属间化合物预合金粉末和碳化物粉末混合均匀后在一定的温度下烧结，使金属间化合物达到熔融状态，冷却形成复合物。通常对粉末原料采用球磨混合后，制成混合料，然后压制成所需形状的压坯，在烧结炉内进行气氛液相烧结而成。液相烧结法虽具有操作简单，容易实现产业化生产的特点，但要求金属间化合物对硬质相有很好的润湿性和溶解度，而FeAl、Fe₃Al金属间化合物对于WC润湿性较钴差。同时，金属间化合物预合金粉末一般是采用Fe和Al按一定成分比例熔炼后通过惰性气体雾化成粉末的方法制备，制备的预合金粉末往往较粗大，容易引起合金中的微观组织的不均匀和产生孔洞而影响力学性能，同时由于金属间化合物的本征的脆性，其合金的室温力学性能低，强度和韧性较低，容易发生脆断，影响其应用范围；

 2、机械合金化方法+快速烧结工艺，即将不同的粉末在高能球磨机中球磨，粉末经磨球的碰撞、挤压、重复地发生变形、断裂、焊合、原子间相互反应而在基体内部原位生成金属间化合物相，然后采用快速烧结制备成复合物。这种方法影响因素比较多，例如球磨类型、时间、介质、过程控制剂等参数，操作复杂，不适合产业化生产。

发明内容

本发明针对上述不足，提供一种以铁－铝金属间化合物为主粘结相的硬质合，其组织结构均匀、合金的致密化高、强度高、耐磨性好、抗高温氧化性和抗硫蚀性优异，同时还提供了该硬质合金的制备方法，工艺简单、易于控制，避免了单纯添加铁－铝金属间化合物预合金粉末，而其粒度粗大造成后续液相烧结过程中孔洞和“金属池”的产生，适合产业化生产。

本发明的以铁－铝金属间化合物FeAl或Fe₃Al为主粘结相的硬质合金，硬质相为碳化钨和/或碳化钛、Cr₃C₂，硬质相总体积百分比为60%～90%；以FeAl为主粘结相的硬质合金其硬质相中碳化钨和/或碳化钛体积百分比为该硬质合金的58.00%~89.59%，余量为Cr₃C₂；以Fe₃Al为主粘结相的硬质合金其硬质相中碳化钨和/或碳化钛体积百分比为该硬质合金的57.84%~89.52%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为10%～40%，其中主粘结相FeAl或Fe₃Al体积百分比为粘结相的50%～90%，次粘结相为钴，其体积百分比为粘结相的10%～50%。

作为改进，硬质相总体积百分比为60%～80%；以FeAl为主粘结相的硬质合金其硬质相中碳化钨和/或碳化钛的体积百分比为该硬质合金的58.19%～79.09%，余量为Cr3C2；以Fe3Al为主粘结相的硬质合金其硬质相中碳化钨和/或碳化钛体积百分比为该硬质合金的57.96%～78.98%，余量为Cr3C2；粘结相总体积百分比为20%～40%，其中主粘结相FeAl或Fe₃Al体积百分比为粘结相的70%，次粘结相钴的体积百分比为粘结相的30%。

本发明的以铁－铝金属间化合物为主粘结相的硬质合金的制备方法，依次包括以下步骤：

（1） 按铁－铝金属间化合物Fe₄₀Al或Fe₂₈Al的成分比例，把铁粉和铝粉与碳化钨和/或碳化钛粉末混合均匀；其中铁粉和铝粉共占混合粉末的质量百分比分别为1.94 %~40.97%或2.34 %~45.74 %，余量为碳化钨和/或碳化钛粉末；

（2） 将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度≤50mm，在非氧化性气氛下，以≤10℃/min的升温速度加热至900℃~1200℃，保温1小时以上，然后自然冷却，获得碳化钨和/或碳化钛与铁－铝金属间化合物FeAl或Fe₃Al的混合物；将混合物碾磨，破碎，过120目以上筛网，获得粒度为120μm以下的碳化钨和/或碳化钛与铁－铝金属间化合物FeAl或Fe₃Al的混合粉末；

（3） 将上述碳化钨和/或碳化钛与铁－铝金属间化合物FeAl或Fe₃Al的混合粉末在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；

（4） 将质量百分比为0.61%~30.22%的钴粉和0.19%~2.27%的Cr₃C₂粉，或0.60%~29.06%的钴粉和0.22%~2.35%的Cr₃C₂粉，分别与余量的上述碳化钨和/或碳化钛与铁－铝金属间化合物FeAl或Fe₃Al的混合物粉末湿磨混合18～36小时，获得湿磨混合料；

（5） 湿磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；

（6）压坯经1250℃~1550℃低压液相烧结，其中含FeAl成分的压坯烧结温度为1250℃～1450℃，含Fe₃Al成分的压坯烧结温度为1400℃～1550℃；烧结后获得铁－铝金属间化合物FeAl或Fe₃Al为主粘结相的硬质合金，其中粘结相总体积百分比为10%～40%，其中主粘结相为铁－铝金属间化合物FeAl或Fe₃Al，次粘结相为钴，主、次粘接相体积百分比分别为粘结相的50%～90%、10%～50%。

本发明采用碳化物和（Fe、Al）元素粉末，利用Fe和Al间化合反应属于放热反应的特点，使得在900℃~1200℃左右、低熔点的铁铝间其他形式的金属间化合物（FeAl₃、Fe₂Al₅、FeAl₂）熔化后迅速生成FeAl或Fe₃Al；碳化物粉末在化合放热反应中起到热缓冲的作用，保证粉末的温度不超过FeAl和Fe₃Al的熔点；铁粉、铝粉与碳化物粉末混合粉末置于石墨容器中铺平厚度≤50mm，避免了粉末内部的热量积蓄，并以≤10℃/min的升温速度、达到900℃~1200℃后保温1小时以上，充分形成FeAl和Fe₃Al金属间化合物；由于化合反应是在粉末状态下完成的，反应合成后的混合物容易被破碎，破碎又进一步使碳化物和FeAl或Fe₃Al均匀混合，获得比较理想的粒度；预处理去掉碾磨过程中所增的氧，使制备出的碳化物和铁－铝金属间化合物的混合物粉末成分均匀、粒度细小，避免了由于铁－铝金属间化合物预合金粉末粒度粗大造成后续液相烧结过程中孔洞和“金属池”的产生，对后续合金相成分以及组织结构的均匀性都有很好的作用；

本发明方法通过添加部分粘结相钴，改善了液相烧结过程中铁－铝金属间化合物对硬质相的润湿性，添加少量Cr₃C₂作为增韧相，进一步获得了以铁－铝金属间化合物为主粘结相的、增韧增强的硬质合金，组织结构均匀、合金的致密化高、强度高、耐磨性比较好、抗高温氧化性和抗硫蚀性优异；同时制备方法简单、成本低。

附图说明

图1是本发明的制备方法流程图。

图2是本发明制备的以铁－铝金属间化合物FeAl为主粘结相（次粘接相为Co）的硬质合金的金相照片。

图3是本发明制备的以铁－铝金属间化合物Fe₃Al为主粘结相（次粘接相为Co）的硬质合金的金相照片。

具体实施方式

实施例1：根据图1所示流程，按Fe₄₀Al的成分比例，将质量百分比为1.94%铁粉和铝粉与余量的碳化钨粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度50mm，在非氧化性气氛下，以 10℃/min的升温速度加热至900℃，保温7小时，然后自然冷却，获得碳化钨和FeAl金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过250目筛网，获得粒度为58μm以下的碳化钨和FeAl金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钨和FeAl金属间化合物的混合粉末在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为3.00%的钴粉和0.23%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钨和FeAl金属间化合物的混合物粉末湿磨混合18小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1450℃低压液相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为90%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金89.5%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为10%，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的50%，即占硬质合金的体积百分比的5%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图2，性能详见表1。

实施例2：根据图1所示流程，按Fe₂₈Al的成分比例，将质量百分比为2.34%铁粉和铝粉与余量的碳化钨粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度50mm，在非氧化性气氛下，以10℃/min的升温速度加热至900℃，保温7小时，然后自然冷却，获得碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过250目筛网，获得粒度为58μm以下的碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合粉末在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为3.00%的钴粉和0.24%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合物粉末湿磨混合18小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1550℃低压液相烧结，获得Fe₃Al金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为90%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金89.46%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为10%，其中主粘结相为Fe₃Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的50%，即占硬质合金的体积百分比的5%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图3，性能详见表1。

实施例3：根据图1所示流程，按Fe₄₀Al的成分比例，将质量百分比为3.44%铁粉和铝粉与余量的碳化钨粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度50mm，在非氧化性气氛下，以 10℃/min的升温速度加热至900℃，保温7小时，然后自然冷却，获得碳化钨和FeAl金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过250目筛网，获得粒度为58μm以下的碳化钨和FeAl金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钨和FeAl金属间化合物的混合粉末在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为0.61%的钴粉和0.18%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钨和FeAl金属间化合物的混合物粉末湿磨混合18小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1450℃低压液相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为90%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金89.59%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为10%，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的90%，即占硬质合金的体积百分比的9%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图2，性能详见表1。

实施例4：根据图1所示流程，按Fe₂₈Al的成分比例，将质量百分比为4.13%铁粉和铝粉与余量的碳化钨粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度50mm，在非氧化性气氛下，以10℃/min的升温速度加热至900℃，保温7小时，然后自然冷却，获得碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过250目筛网，获得粒度为58μm以下的碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合粉末在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为0.60%的钴粉和0.22%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合物粉末湿磨混合18小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1550℃低压液相烧结，获得Fe₃Al金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为90%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金89.52%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为10%，其中主粘结相为Fe₃Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的90%，即占硬质合金的体积百分比的9%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图3，性能详见表1。

实施例5：根据图1所示流程，按Fe₄₀Al的成分比例，将质量百分比为5.90%铁粉和铝粉与余量的碳化钨粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度40mm，在非氧化性气氛下，以 6℃/min的升温速度加热至1000℃，保温5小时，然后自然冷却，获得碳化钨和FeAl金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过200目筛网，获得粒度为75μm以下的碳化钨和FeAl金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钨和FeAl金属间化合物的混合粉末在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为3.87%的钴粉和0.44%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钨和FeAl金属间化合物的混合物粉末湿磨混合24小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1380℃低压液相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为80%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金79.09%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为20%，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的70%，即占硬质合金的体积百分比的14%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图2，性能详见表1。

实施例6：根据图1所示流程，按Fe₂₈Al的成分比例，将质量百分比为7.05%铁粉和铝粉与余量的碳化钨粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度40mm，在非氧化性气氛下，以6℃/min的升温速度加热至1000℃，保温5小时，然后自然冷却，获得碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过200目筛网，获得粒度为75μm以下的碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合粉末在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为3.83%的钴粉和0.49%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合物粉末湿磨混合24小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1500℃低压液相烧结，获得Fe₃Al金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为80%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金78.98%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为20%，其中主粘结相为Fe₃Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的70%，即占硬质合金的体积百分比的14%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图3，性能详见表1。

实施例7：根据图1所示流程，按Fe₄₀Al的成分比例，将质量百分比为12.21%铁粉和铝粉与余量的碳化钨粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度25mm，在非氧化性气氛下，以 2℃/min的升温速度加热至1100℃，保温3小时，然后自然冷却，获得碳化钨和FeAl金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过160目筛网，获得粒度为96μm以下的碳化钨和FeAl金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钨和 FeAl金属间化合物的混合粉末在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为2.11%的钴粉和0.65%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钨和FeAl金属间化合物的混合物粉末湿磨混合30小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1320℃低压液相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为70%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金68.78%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为30%，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的90%，即占硬质合金的体积百分比的27%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图2，性能详见表1。

实施例8：根据图1所示流程，按Fe₂₈Al的成分比例，将质量百分比为14.42%铁粉和铝粉与余量的碳化钨粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度25mm，在非氧化性气氛下，以2℃/min的升温速度加热至1100℃，保温3小时，然后自然冷却，获得碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过160目筛网，获得粒度为96μm以下的碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合物；将上述碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合物在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为2.06%的钴粉和0.74%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合物粉末湿磨混合30小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1450℃低压液相烧结，获得Fe₃Al金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为70%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金68.56%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为30%，其中主粘结相为Fe₃Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的90%，即占硬质合金的体积百分比的27%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图3，性能详见表1。

实施例9：根据图1所示流程，按Fe₄₀Al的成分比例，将质量百分比为10.89%铁粉和铝粉与余量的碳化钨粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度10mm，在非氧化性气氛下，以 0.5℃/min的升温速度加热至1200℃，保温1小时，然后自然冷却，获得碳化钨和FeAl金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过120目筛网，获得粒度为120μm以下的碳化钨和FeAl金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钨和FeAl金属间化合物的混合粉末在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为14.67%的钴粉和1.10%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钨和FeAl金属间化合物的混合物粉末湿磨混合36小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1250℃低压液相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为60%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金58.00%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为40%，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的50%，即占硬质合金的体积百分比的20%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图2，性能详见表1。

实施例10：根据图1所示流程，按Fe₂₈Al的成分比例，将质量百分比为12.89%铁粉和铝粉与余量的碳化钨粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度10mm，在非氧化性气氛下，以0.5℃/min的升温速度加热至1200℃，保温1小时，然后自然冷却，获得碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过120目筛网，获得粒度为120μm以下的碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合物；将上述碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合物在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为14.41%的钴粉和1.17%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合物粉末湿磨混合36小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1400℃低压液相烧结，获得Fe₃Al金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为60%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金57.84%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为40%，其中主粘结相为Fe₃Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的50%，即占硬质合金的体积百分比的20%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图3，性能详见表1。

实施例11：根据图1所示流程，按Fe₄₀Al的成分比例，将质量百分比为14.56%铁粉和铝粉与余量的碳化钨粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度10mm，在非氧化性气氛下，以 0.5℃/min的升温速度加热至1200℃，保温1小时，然后自然冷却，获得碳化钨和FeAl金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过120目筛网，获得粒度为120μm以下的碳化钨和FeAl金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钨和FeAl金属间化合物的混合粉末在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为8.99%的钴粉和1.02%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钨和FeAl金属间化合物的混合物粉末湿磨混合36小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1250℃低压液相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为60%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金58.19%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为40%，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的70%，即占硬质合金的体积百分比的28%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图2，性能详见表1。

实施例12：根据图1所示流程，按Fe₂₈Al的成分比例，将质量百分比为17.13%铁粉和铝粉与余量的碳化钨粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度10mm，在非氧化性气氛下，以0.5℃/min的升温速度加热至1200℃，保温1小时，然后自然冷却，获得碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过120目筛网，获得粒度为120μm以下的碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合物；将上述碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合物在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为8.76%的钴粉和1.12%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钨和Fe₃Al金属间化合物的混合物粉末湿磨混合36小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1400℃低压液相烧结，获得Fe₃Al金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为60%，其中碳化钨体积百分比分别为所述硬质合金57.96%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为40%，其中主粘结相为Fe₃Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的70%，即占硬质合金的体积百分比的28%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图3，性能详见表1。

实施例13：根据图1所示流程，按Fe₄₀Al的成分比例，将质量百分比为5.92%铁粉和铝粉与余量的碳化钛粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度50mm，在非氧化性气氛下，以10℃/min的升温速度加热至900℃，保温7小时，然后自然冷却，获得碳化钛和FeAl金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过250目筛网，获得粒度为58μm以下的碳化钛和FeAl金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钛和FeAl金属间化合物的混合粉末在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为8.60%的钴粉和0.64%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钛和铁铝金属间化合物FeAl的混合物粉末湿磨混合18小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1450℃低压液相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为90%，其中碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金89.50%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为10%，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的50%，即占硬质合金的体积百分比的5%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图2，性能详见表1。

实施例14：根据图1所示流程，按Fe₂₈Al的成分比例，将质量百分比为7.07%铁粉和铝粉与余量的碳化钛粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度50mm，在非氧化性气氛下，以10℃/min的升温速度加热至900℃，保温7小时，然后自然冷却，获得碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过250目筛网，获得粒度为58μm以下的碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物；将上述碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为8.50%的钴粉和0.69%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物粉末湿磨混合18小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1550℃低压液相烧结，获得Fe₃Al金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为90%，其中碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金89.46%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为10%，其中主粘结相为Fe₃Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的50%，即占硬质合金的体积百分比的5%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图3，性能详见表1。

实施例15：根据图1所示流程，按Fe₄₀Al的成分比例，将质量百分比为21.06%铁粉和铝粉与余量的碳化钛粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度30mm，在非氧化性气氛下，以4℃/min的升温速度加热至1050℃，保温4小时，然后自然冷却，获得碳化钛和铁铝金属间化合物FeAl的混合物；将混合物碾磨，破碎，过180目筛网，获得粒度为80μm以下的碳化钛和FeAl金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钛和FeAl金属间化合物的混合粉末在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为12.44%的钴粉和1.41%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钛和铁铝金属间化合物FeAl的混合物粉末湿磨混合27小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1350℃低压液相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为75%，其中碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金73.87%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为25%，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的70%，即占硬质合金的体积百分比的17.5%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图2，性能详见表1。

实施例16：根据图1所示流程，按Fe₂₈Al的成分比例，将质量百分比为24.41%铁粉和铝粉与余量的碳化钛粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度30mm，在非氧化性气氛下，以4℃/min的升温速度加热至1050℃，保温4小时，然后自然冷却，获得碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过180目筛网，获得粒度为80μm以下的碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物；将上述碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为11.98%的钴粉和1.53%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物粉末湿磨混合27小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1480℃低压液相烧结，获得Fe₃Al金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为75%，其中碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金73.73%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为25%，其中主粘结相为Fe₃Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的70%，即占硬质合金的体积百分比的17.5%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图3，性能详见表1。

实施例17：根据图1所示流程，按Fe₄₀Al的成分比例，将质量百分比为27.95%铁粉和铝粉与余量的碳化钛粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度10mm，在非氧化性气氛下，以0.5℃/min的升温速度加热至1200℃，保温1小时，然后自然冷却，获得碳化钛和铁铝金属间化合物FeAl的混合物；将混合物碾磨，破碎，过120目筛网，获得粒度为120μm以下的碳化钛和FeAl金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钛和FeAl金属间化合物的混合粉末在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为30.22%的钴粉和2.27%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钛和FeAl金属间化合物FeAl的混合物粉末湿磨混合36小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1250℃低压液相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为60%，其中碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金58.00%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为40%，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的50%，即占硬质合金的体积百分比的20%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图2，性能详见表1。

实施例18：根据图1所示流程，按Fe₂₈Al的成分比例，将质量百分比为31.99%铁粉和铝粉与余量的碳化钛粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度10mm，在非氧化性气氛下，以0.5℃/min的升温速度加热至1200℃，保温1小时，然后自然冷却，获得碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过120目筛网，获得粒度为120μm以下的碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物；将上述碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为29.06%的钴粉和2.35%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物粉末湿磨混合36小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1400℃低压液相烧结，获得Fe₃Al金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为60%，其中碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金57.84%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为40%，其中主粘结相为Fe₃Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的50%，即占硬质合金的体积百分比的20%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图3，性能详见表1。

实施例19：根据图1所示流程，按Fe₄₀Al的成分比例，将质量百分比为40.97%铁粉和铝粉与余量的碳化钛粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度10mm，在非氧化性气氛下，以0.5℃/min的升温速度加热至1200℃，保温1小时，然后自然冷却，获得碳化钛和铁铝金属间化合物FeAl的混合物；将混合物碾磨，破碎，过120目筛网，获得粒度为120μm以下的碳化钛和FeAl金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钛和FeAl金属间化合物的混合粉末在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为6.66%的钴粉和2.03%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钛和FeAl金属间化合物FeAl的混合物粉末湿磨混合36小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1250℃低压液相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为60%，其中碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金58.37%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为40%，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的90%，即占硬质合金的体积百分比的36%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图2，性能详见表1。

实施例20：根据图1所示流程，按Fe₂₈Al的成分比例，将质量百分比为45.74%铁粉和铝粉与余量的碳化钛粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度10mm，在非氧化性气氛下，以0.5℃/min的升温速度加热至1200℃，保温1小时，然后自然冷却，获得碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过120目筛网，获得粒度为120μm以下的碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物；将上述碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为6.17%的钴粉和2.22%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物粉末湿磨混合36小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1400℃低压液相烧结，获得Fe₃Al金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为60%，其中碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金58.08%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为40%，其中主粘结相为Fe₃Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的90%，即占硬质合金的体积百分比的36%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图3，性能详见表1。

实施例21：根据图1所示流程，按Fe₄₀Al的成分比例，将质量百分比为7.22%铁粉和铝粉与余量的80.17%碳化钨粉末和12.61%碳化钛粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度30mm，在非氧化性气氛下，以4℃/min的升温速度加热至1050℃，保温4小时，然后自然冷却，获得碳化钨、碳化钛和铁铝金属间化合物FeAl的混合物；将混合物碾磨，破碎，过180目筛网，获得粒度为80μm以下的碳化物和FeAl金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钨、碳化钛和FeAl金属间化合物的混合粉末在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为10.28%的钴粉和0.77%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钨、碳化钛和铁铝金属间化合物FeAl的混合物粉末湿磨混合27小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1350℃低压液相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为75%，其中碳化钨和/或碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金49.17%或24.58%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为25%，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的50%，即占硬质合金的体积百分比的12.5%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图2，性能详见表1。

实施例22：根据图1所示流程，按Fe₂₈Al的成分比例，将质量百分比为8.61%铁粉和铝粉与余量的78.97%碳化钨粉末和12.42%碳化钛粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度30mm，在非氧化性气氛下，以4℃/min的升温速度加热至1050℃，保温4小时，然后自然冷却，获得碳化钨、碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过180目筛网，获得粒度为80μm以下的碳化钨、碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物；将上述碳化钨、碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为10.15%的钴粉和0.82%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钨、碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物粉末湿磨混合27小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1480℃低压液相烧结，获得Fe₃Al金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为75%，其中碳化钨和/或碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金49.10%或24.55%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为25%，其中主粘结相为Fe₃Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的50%，即占硬质合金的体积百分比的12.5%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图3，性能详见表1。

实施例23：根据图1所示流程，按Fe₄₀Al的成分比例，将质量百分比为16.55%铁粉和铝粉与余量的51.22%碳化钨粉末和32.23%碳化钛粉末粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度30mm，在非氧化性气氛下，以4℃/min的升温速度加热至1050℃，保温4小时，然后自然冷却，获得碳化钨、碳化钛和铁铝金属间化合物FeAl的混合物；将混合物碾磨，破碎，过180目筛网，获得粒度为80μm以下的碳化钨、碳化钛和FeAl金属间化合物的混合粉末；将上述碳化钨、碳化钛和FeAl金属间化合物的混合粉末在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为2.83%的钴粉和0.87%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钨、碳化钛和铁铝金属间化合物FeAl的混合物粉末湿磨混合27小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1350℃低压液相烧结，获得FeAl金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为75%，其中碳化钨和/或碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金24.66%或49.32%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为25%，其中主粘结相为铁－铝金属间化合物FeAl，其中主粘结相为FeAl金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的90%，即占硬质合金的体积百分比的22.5%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图2，性能详见表1。

实施例24：根据图1所示流程，按Fe₂₈Al的成分比例，将质量百分比为19.37%铁粉和铝粉与余量的49.49%碳化钨粉末和31.14%碳化钛粉末混合均匀；将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度30mm，在非氧化性气氛下，以4℃/min的升温速度加热至1050℃，保温4小时，然后自然冷却，获得碳化钨、碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物；将混合物碾磨，破碎，过180目筛网，获得粒度为80μm以下的碳化钨、碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物；将上述碳化钨、碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；然后，再将质量百分比为2.74%的钴粉和0.99%的Cr₃C₂粉，再与余量的上述碳化钨、碳化钛和Fe₃Al金属间化合物的混合物粉末湿磨混合27小时，获得湿磨混合料；球磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；压坯经1480℃低压液相烧结，获得Fe₃Al金属间化合物为主粘结相的硬质合金，其中所述硬质相总体积百分比为75%，其中碳化钨和/或碳化钛体积百分比分别为所述硬质合金24.60%或49.20%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为25%，其中主粘结相为Fe₃Al金属间化合物，其体积百分比又为粘结相的90%，即占硬质合金的体积百分比的22.5%，其余为粘结相钴。该硬质合金的扫描电镜照片见图3，性能详见表1。

表1性能结果

由图2、3和表1可知，本发明的以铁－铝金属间化合物为主粘结相、并添加钴粘结相和微量Cr₃C₂的硬质合金，组织结构均匀、合金致密化高、基本无孔洞和“金属池”，强度高、耐磨性比较好、抗高温氧化性和抗硫蚀性优异，同时图1进一步显示，本发明的制备方法，工艺简单、易于控制，适应工业化生产。

Claims (3)

1.以铁－铝金属间化合物FeAl或Fe₃Al为主粘结相的硬质合金，其特征在于：硬质相为碳化钨和/或碳化钛、Cr₃C₂，硬质相总体积百分比为60%～90%；以FeAl为主粘结相的硬质合金其硬质相中碳化钨和/或碳化钛的体积百分比为该硬质合金的58.00%~89.59%，余量为Cr₃C₂；以Fe₃Al为主粘结相的硬质合金其硬质相中碳化钨和/或碳化钛的体积百分比为该硬质合金的57.84%~89.52%，余量为Cr₃C₂；粘结相总体积百分比为10%～40%，其中主粘结相FeAl或Fe₃Al体积百分比为粘结相的50%～90%，次粘结相为钴，其体积百分比为粘结相的10%～50%。

2.如权利要求1所述的优选以铁－铝金属间化合物FeAl或Fe₃Al为主粘结相的硬质合金，其特征在于：硬质相总体积百分比为60%～80%；以FeAl为主粘结相的硬质合金其硬质相中碳化钨和/或碳化钛的体积百分比为该硬质合金的58.19%～79.09%，余量为Cr3C2；以Fe3Al为主粘结相的硬质合金其硬质相中碳化钨和/或碳化钛体积百分比为该硬质合金的57.96%～78.98%，余量为Cr3C2；粘结相总体积百分比为20%～40%，其中主粘结相FeAl或Fe₃Al体积百分比为粘结相的70%，次粘结相钴的体积百分比为粘结相的30%。

3.如权利要求1或2所述的以铁－铝金属间化合物为主粘结相的硬质合金的制造方法，依次包括以下步骤：

（1）按铁－铝金属间化合物Fe₄₀Al或Fe₂₈Al的成分比例，把铁粉和铝粉与碳化钨和/或碳化钛粉末混合均匀；其中铁粉和铝粉共占混合粉末的质量百分比分别为1.94 %~40.97%或2.34 %~45.74 %，余量为碳化钨和/或碳化钛粉末；

（2）将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度≤50mm，在非氧化性气氛下，以≤10℃/min的升温速度加热至900℃~1200℃，保温1小时以上，然后自然冷却，获得碳化钨和/或碳化钛与铁－铝金属间化合物FeAl或Fe₃Al的混合物；将混合物碾磨，破碎，过120目以上筛网，获得粒度为120μm以下的碳化钨和/或碳化钛与铁－铝金属间化合物FeAl或Fe₃Al的混合粉末；

（3）将上述碳化钨和/或碳化钛与铁－铝金属间化合物FeAl或Fe₃Al的混合粉末在400℃±50℃的氢气气氛下进行除氧预处理；

（4）将质量百分比为0.61%~30.22%的钴粉和0.19%~2.27%的Cr₃C₂粉，或0.60%~29.06%的钴粉和0.22%~2.35%的Cr₃C₂粉，分别与余量的上述碳化钨和/或碳化钛与铁－铝金属间化合物FeAl或Fe₃Al的混合物粉末湿磨混合18～36小时，获得湿磨混合料；

（5）湿磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；

（6）压坯经1250℃~1550℃低压液相烧结，其中含FeAl成分的压坯烧结温度为1250℃～1450℃，含Fe₃Al成分的压坯烧结温度为1400℃～1550℃；烧结后获得铁－铝金属间化合物FeAl或Fe₃Al为主粘结相的硬质合金，其中粘结相总体积百分比为10%～40%，其中主粘结相为铁－铝金属间化合物FeAl或Fe₃Al，次粘结相为钴，主、次粘接相体积百分比分别为粘结相的50%～90%、10%～50%。

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