CN102634684A - 柔性球磨技术制备超粗晶硬质合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种柔性球磨技术制备超粗晶硬质合金的方法，先将超粗WC粉和Co粉预混合，WC粉费氏粒度18.0～22.0μm，时间0.5～2h，转速6～12rpm；再将预混合粉进行轻度球磨，并添加液体研磨介质和成型剂，研磨球材质为WC-Co硬质合金，直径φ6～φ10mm，球磨时间8～24h，球料比1.5～3.0:1，转速20～55%临界转速；然后，将球磨机内的料浆卸出，采用喷雾干燥制取混合料，随后压制成型，在1390～1500℃温度下烧结，制取的超粗晶硬质合金的晶粒度6.0～10.0μm，硬度HV30为740～1240，孔隙度小于A04B00。本发明工艺简单、流程短、生产成本低，适用于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及柔性球磨技术制备超粗晶硬质合金的方法。
背景技术
传统的硬质合金混合料生产过程中，为保证WC/Co粉末在球磨过程中混合均匀，同时，避免合金在烧结过程中产生有害孔隙，通常采用高强度，长时间球磨。但采用这种工艺方法会破坏WC的二次颗粒和一次颗粒，导致WC的粒度在球磨过程中迅速下降，难以制备晶粒度大于6μm的超粗晶硬质合金。
美国专利5505902和5529804公开的制备超粗晶粒硬质合金的方法，是将粗颗粒的WC粉通过喷射研磨分散和分级筛分，去除细的WC颗粒，只选用粗粒度的部分WC，然后对这些粗颗粒WC进行Co涂覆。专利5505902采用的方法是熔胶-凝胶(Sol-gel)法，将WC、甲醇和三乙胺在反应器中混合，当加热时甲醇会蒸发，Co在WC晶粒上沉淀形成熔胶凝胶。专利5529804采用的方法是多元醇液相还原法，将Co的醋酸盐+水+WC混合后进行喷雾干燥，并对混合工序工艺进行了改进，以避免粗颗粒WC的破碎。用以上专利方法生产的混合料，再采用常规的压制成型和烧结方法，即可制备钴含量为6%，平均晶粒度大于6μm的混合料。
美国专利6692690、20020148326采用喷射研磨及筛分分级去除较细和较粗WC粉末，获得分布较窄的WC粉，对这些WC用Co包覆，然后对包覆后的WC进行湿混（不研磨），添加一些压制介质、增稠剂及更多的Co以获得最后的混合料浆，喷雾干燥制得粉末，然后压制并烧结，可制备平均晶粒度在8～30μm的超粗晶硬质合金。
中国专利CN200910042940.6以WC为主体成分的、经机械预处理的MC粉末与钴/镍氨络合溶液为原料，通过合理选择WC原料粒度与粉末预处理工艺，采用水热高压氢还原工艺制备MC-Co/Ni复合粉制备晶粒度≥4.5μm的硬质合金。
综上所述，国内外报道的超粗晶硬质合金的制备方法，都需要对粉末进行较复杂的预处理，其工艺分别为基于有机物还原反应机理的化学包裹粉工艺和采用水热高压氢还原工艺，这些方法工艺复杂，流程长，生产成本高，难以实现工业化批量生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性球磨技术制备超粗晶硬质合金的方法，其工艺简单、流程短、生产成本低，适用于工业化生产。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
柔性球磨技术制备超粗晶硬质合金的方法，超粗硬质合金的成分为WC和Co，WC含量为80.0～96.0wt.%，Co含量为4.0～20.0wt.%；制备方法如下：
（1）预混合工序：超粗碳化钨WC粉和钴Co粉在双锥或Y型混合器内进行预混合，超粗WC粉的费氏粒度18.0～22.0μm，预混合时间0.5～2h，混合器转速6～12rpm；
（2）球磨工序：工序（1）的预混合粉装入球磨机内进行短时间的轻度球磨，球磨过程中添加液体研磨介质（酒精或丙酮）和成型剂（石蜡或PEG），研磨球材质为WC-Co硬质合金，其直径φ6～φ10mm，球磨时间8～24h，球料比1.5～3.0:1，转速20～55%临界转速；
（3）工序（2）结束后，将球磨机内的料浆卸出，采用喷雾干燥制取混合料，随后压制成型，在1390～1500℃温度下烧结，制取的超粗晶硬质合金的晶粒度6.0～10.0μm，硬度HV30为 740～1240，孔隙度小于A04B00。
其中，工序（2）添加的液体研磨介质为酒精或丙酮，浓度大于90vol.%，成型剂为石蜡或聚乙二醇PEG。
采用上述方案后，本发明是将WC粉和Co粉预混合加轻度球磨，然后用喷雾干燥制取混合料，本发明在确保粗WC粉和Co粉混合均匀的同时，可避免粗颗粒WC过度破碎。利用本发明生产的混合料，采用常规的压制成型和烧结方法，可制备WC含量80.0～96.0wt.%，Co含量4.0～20.0wt.%，平均晶粒度6.0～10.0μm的超粗晶硬质合金。
本发明将粉末冶金常用的设备双锥或Y型混合器引入混合料制备，并沿用了传统的滚动球磨工艺，在此基础上发明了柔性球磨技术，因此其工艺简单、流程短、生产成本低，适用于工业化生产。
附图说明
图1是本发明所用双锥混合器的结构示意图；
图2是本发明所用Y型混合器的结构示意图；
图3是WC-6Co超粗晶硬质合金金相组织；
图4是WC-10Co超粗晶硬质合金金相组织；
图5是WC-17.5Co超粗晶硬质合金金相组织。
具体实施方式
下面通过举例说明本发明。
实施例1：
超粗晶硬质合金成分WC-6Co，WC原料费氏粒度20.1μm。先将WC粉和Co粉在双锥或Y型混合器内进行预混合，预混合时间0.5h，混合器转速12rpm；再将预混合粉装入球磨机内进行短时间的轻度球磨，球磨过程中添加酒精和石蜡，研磨球材质为WC-Co硬质合金，其直径φ6～φ10mm，球磨时间10h，球料比2.5:1，球磨机转速35%临界转速；然后将球磨机内的料浆卸出，采用喷雾干燥制取混合料，随后压制成型，在1480℃温度下烧结，制取的超粗晶硬质合金。
结果：粗晶硬质合金的平均晶粒度为7.0μm，硬度HV30 1140，孔隙度A00B00，图3为金相组织照片。
实施例2：
超粗晶硬质合金成分WC-10Co，WC原料费氏粒度20.2μm。先将WC粉和Co粉在双锥或Y型混合器内进行预混合，预混合时间1.5h，混合器转速8rpm；再将预混合粉装入球磨机内进行短时间的轻度球磨，球磨过程中添加酒精和石蜡，研磨球材质为WC-Co硬质合金，其直径φ6～φ10mm，球磨时间18h，球料比2.2:1，球磨机转速50%临界转速；然后将球磨机内的料浆卸出，采用喷雾干燥制取混合料，随后压制成型，在1450℃温度下烧结，制取的超粗晶硬质合金。
结果：超粗晶硬质合金的平均晶粒度为9.0μm，硬度HV30 1000，孔隙度A02B00，图4为金相组织照片。
实施例3：
超粗晶硬质合金成分WC-17.5Co，WC原料费氏粒度21.4μm。先将WC粉和Co粉在双锥或Y型混合器内进行预混合，预混合时间2h，混合器转速6rpm；再将预混合粉装入球磨机内进行短时间的轻度球磨，球磨过程中添加酒精和PEG，研磨球材质为WC-Co硬质合金，其直径φ6～φ10mm，球磨时间14h，球料比2.5:1，球磨机转速20%临界转速；然后将球磨机内的料浆卸出，采用喷雾干燥制取混合料，随后压制成型，在1390℃温度下烧结，制取的超粗晶硬质合金。
结果：超粗晶硬质合金的平均晶粒度为10.0μm，硬度HV30 770，孔隙度A00B00，图5为金相组织照片。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (3)
1.柔性球磨技术制备超粗晶硬质合金的方法，其特征在于：
超粗硬质合金的成分为WC和Co，WC含量为80.0～96.0wt.%，Co含量为4.0～20.0wt.%；
制备方法如下：
（1）预混合工序：超粗碳化钨WC粉和钴Co粉在双锥或Y型混合器内进行预混合，超粗WC粉的费氏粒度18.0～22.0μm，预混合时间0.5～2h，混合器转速6～12rpm；
（2）球磨工序：工序（1）的预混合粉装入球磨机内进行短时间的轻度球磨，球磨过程中添加液体研磨介质和成型剂，研磨球材质为WC-Co硬质合金，其直径φ6～φ10mm，球磨时间8～24h，球料比1.5～3.0:1，转速20～55%临界转速；
（3）工序（2）结束后，将球磨机内的料浆卸出，采用喷雾干燥制取混合料，随后压制成型，在1390～1500℃温度下烧结，制取的超粗晶硬质合金的晶粒度6.0～10.0μm，硬度HV30为 740～1240，孔隙度小于A04B00。
2.如权利要求1所述的柔性球磨技术制备超粗晶硬质合金的方法，其特征在于：工序（2）添加的液体研磨介质为酒精或丙酮，浓度大于90vol.%。
3.如权利要求1所述的柔性球磨技术制备超粗晶硬质合金的方法，其特征在于：工序（2）添加的成型剂为石蜡或聚乙二醇PEG。
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