CN102382996A

CN102382996A - 一种提高无粘结相碳化钨硬质合金烧结致密性的方法

Info

Publication number: CN102382996A
Application number: CN2011103451108A
Authority: CN
Inventors: 罗来马; 吴玉程; 程继贵
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2012-03-21

Abstract

本发明公开了一种提高无粘结相碳化钨硬质合金烧结致密性的方法，包括活化的碳化钨粉末的制备和模压烧结，其中活化的碳化钨粉末的制备是将碳化钨粉末置于活化液中，常温下超声活化处理30-40分钟，活化完成后洗涤并于150-180℃干燥3-6小时得到活化的碳化钨粉末；碳化钨的粒径为1-3微米；活化液为氢氟酸、氟化铵和硝酸的水溶液。本发明活化处理能提高无粘结相碳化钨硬质合金的烧结致密性，制备的无粘结相碳化钨硬质合金组织细小，硬度为HV1900-2200，断裂韧性为7-12MPam^1/2。

Description

一种提高无粘结相碳化钨硬质合金烧结致密性的方法

一、技术领域

本发明涉及一种硬质合金的制备方法，具体地说是一种提高无粘结相碳化钨硬质合金烧结致密性的方法。

二、背景技术

碳化钨(WC)硬质合金因具有高硬度、高耐磨性和良好的高温强度等特点，在金属切削、模具、采掘和耐磨零部件等领域得到了广泛应用。WC硬质合金中，以WC-Co系合金的研究和应用最为广泛，但Co等粘结相的添加不仅降低了硬质合金材料的硬度、耐磨性和高温性能，难以满足腐蚀介质、高温环境等恶劣条件对其性能的苛刻要求；同时，由于金属Co属于国家战略资源，限制了其进一步应用。因此，研究开发无金属粘结相硬质合金成为了近些年来的一个研究热点。

目前对硬质合金烧结研究主要集中在采用非传统烧结技术、改善烧结工艺和细化晶粒等方面，这些研究可不同程度地提高硬质合金的烧结活性，但仍然存在许多的问题。例如，针对传统热压烧结的缺点而改进的热等静压烧结、超高压烧结和快速热等静压烧结等方法，虽然一定程度上降低了烧结温度和缩短了烧结时间，但通常仍需要保温几至十几小时，不可避免地导致WC晶粒长大。再如，近几年发展起来的放电等离子烧结技术和微波烧结技术因具有升温速度快、烧结时间短，受热均匀等优点，容易获得晶粒均匀细小、致密度高的材料，在超细硬质合金材料的制备中显示出比传统烧结方法更好的技术优势，但上述技术存在温度分布不均匀，从而导致获得的烧结样的烧结致密化、组织和性能等不均一。制备大尺寸、高性能、复杂形状的产品仍是需要突破的一个难题。

三、发明内容

本发明旨在提供一种提高无粘结相碳化钨硬质合金烧结致密性的方法，通过对烧结前碳化钨粉末进行常温超声波辅助活化处理，使粉体表面获得均匀分布的台阶等缺陷，以达到提高碳化钨硬质合金烧结活性的目的，然后可通过传统真空烧结实现无粘结相碳化钨硬质合金的烧结致密化。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明提高无粘结相碳化钨硬质合金烧结致密性的方法，包括活化的碳化钨粉末的制备和模压烧结，其特征在于：所述活化的碳化钨粉末的制备是将碳化钨粉末置于活化液中，常温下超声活化处理30-40分钟，活化完成后洗涤并于150-180℃干燥3-6小时得到活化的碳化钨粉末；所述碳化钨的粒径为1-3微米；

所述模压烧结是将制备的活化的碳化钨粉末压制成型，然后在真空度为10^-5torr炉内1350-1450℃保温80-120min，得到无粘结相超细碳化钨硬质合金。

所述活化液为氢氟酸、氟化铵和硝酸的水溶液，所述活化液中氢氟酸的浓度为30-50mL/L，以质量浓度40％的氢氟酸溶液计；氟化铵的浓度为10-12g/L；硝酸的浓度为50-70mL/L，以质量浓度65％的硝酸溶液计。

所述超声活化处理的超声频率为40KHz，功率为300-400W。

相对密度是指采用阿基米德法测量出来的块体材料的致密性，即为材料孔隙率的对立面，孔隙率+相对密度＝100％。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、采用传统粉末冶金压制烧结成型得到的WC硬质合金的相对密度为79.0-82.0％，本发明活化处理后，采用同样压制烧结工艺得到的无粘结相超细碳化钨硬质合金的相对密度为91.2-94.0％，烧结致密性明显提高。本发明活化处理能提高无粘结相碳化钨硬质合金的烧结致密性，其原因是碳化钨粉体经本发明活化处理后，碳化钨粉体表面产生了大量的缺陷(见图2)，从而提高了粉体的烧结活性。

2、本发明制备的无粘结相碳化钨硬质合金组织细小，硬度为HV1900-2200，断裂韧性为7-12MPam^1/2。

3、本发明可有效提高无粘结相碳化钨硬质合金烧结致密性，可广泛地应用于无粘结相硬质合金粉末冶金材料制备等领域，本发明具有工艺简单、生产周期短和制备成本低等优点。

四、附图说明

图1原始碳化钨粉体表面SEM形貌。

图2活化处理后碳化钨粉体表面SEM形貌。从图2中可以看出活化处理后碳化钨粉体表面存在大量的台阶等缺陷。

五、具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，本发明的目的和效果将变得更加明显。

实施例1：

1、活化的碳化钨粉末的制备

将粒径1-3微米的碳化钨粉末置于活化液中，常温下超声活化处理30分钟，超声频率为40KHz，功率为300-400W，活化完成后用去离子水洗涤三次并于170℃干燥4小时得到活化的碳化钨粉末；

所述活化液为氢氟酸、氟化铵和硝酸的水溶液，所述活化液中氢氟酸的浓度为30mL/L，以质量浓度40％的氢氟酸溶液计；氟化铵的浓度为10g/L；硝酸的浓度为60mL/L，以质量浓度65％的硝酸溶液计。

2、模压烧结

将制备的活化的碳化钨粉末压制成型，然后在真空度为10^-5torr炉内1350℃保温120min，得到无粘结相超细碳化钨硬质合金。

本实施例制备的无粘结相超细碳化钨硬质合金组织细小，相对密度为91.2％，硬度为HV1900，断裂韧性为10MPam^1/2。

实施例2：

1、活化的碳化钨粉末的制备

将粒径1-3微米的碳化钨粉末置于活化液中，常温下超声活化处理35分钟，超声频率为40KHz，功率为300-400W，活化完成后用去离子水洗涤三次并于150℃干燥6小时得到活化的碳化钨粉末；

所述活化液为氢氟酸、氟化铵和硝酸的水溶液，所述活化液中氢氟酸的浓度为40mL/L，以质量浓度40％的氢氟酸溶液计；氟化铵的浓度为11g/L；硝酸的浓度为70mL/L，以质量浓度65％的硝酸溶液计。

2、模压烧结

将制备的活化的碳化钨粉末压制成型，然后在真空度为10^-5torr炉内1400℃保温100min，得到无粘结相超细碳化钨硬质合金。

本实施例制备的无粘结相超细碳化钨硬质合金组织细小，相对密度为92.8％，硬度为HV2200，断裂韧性为7MPam^1/2。

实施例3：

1、活化的碳化钨粉末的制备

将粒径1-3微米的碳化钨粉末置于活化液中，常温下超声活化处理40分钟，超声频率为40KHz，功率为300-400W，活化完成后用去离子水洗涤三次并于180℃干燥3小时得到活化的碳化钨粉末；

所述活化液为氢氟酸、氟化铵和硝酸的水溶液，所述活化液中氢氟酸的浓度为50mL/L，以质量浓度40％的氢氟酸溶液计；氟化铵的浓度为12g/L；硝酸的浓度为50mL/L，以质量浓度65％的硝酸溶液计。

2、模压烧结

将制备的活化的碳化钨粉末压制成型，然后在真空度为10^-5torr炉内1450℃保温80min，得到无粘结相超细碳化钨硬质合金。

本实施例制备的无粘结相超细碳化钨硬质合金组织细小，相对密度为94.0％，硬度为HV2000，断裂韧性为12MPam^1/2。

Claims

1.一种提高无粘结相碳化钨硬质合金烧结致密性的方法，包括活化的碳化钨粉末的制备和模压烧结，其特征在于：所述活化的碳化钨粉末的制备是将碳化钨粉末置于活化液中，常温下超声活化处理30-40分钟，活化完成后洗涤并于150-180℃干燥3-6小时得到活化的碳化钨粉末；所述碳化钨的粒径为1-3微米；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：超声活化处理的超声频率为40KHz，功率为300-400W。