CN102766796A - 一种硬质合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硬质合金新材质及其制备方法，混合料重量百分比配比为Ni粉9.0%-10.0%，Cr粉0.8%-1.2%，Cr₃C₂粉0.2%-0.3%，WC粉余量。采用上述配比的硬质合金混合料，Cr及Cr₃C₂复合添加方式，使产品渗碳和或脱碳缺陷得到改善，强化了粘结相Ni和硬质相WC的耐腐蚀能力，且合金的晶粒细化。合金的硬度、耐磨性、耐腐蚀性能都得到提高。采用本发明方法制备的硬质合金产品，可以满足长期经受水流冲刷，金属元素析出量低的需求。

Description

一种硬质合金及其制备方法

 

技术领域

本发明涉及一种硬质合金，尤其是一种用于饮用水系统的耐腐蚀硬质合金材质及其制备方法。

背景技术

对于耐腐蚀硬质合金材质的开发有很多，如现有技术一：申请日为1989.12.20，申请人为：上海工业大学，发明人为隋永江;王兴庆;何宝山;余忠荪，专利号为CN89109499.7，公开了一种用于制造耐腐蚀机械密封件的摩擦副及其它耐磨蚀耐磨损零件的材料，该材料是在 WC-Ni合金基础上添加稀土金属Ce、La构成  WC-Ni-(Ce+La)系硬质合金，在酸性和碱性介质中均有良好的耐腐蚀性和耐磨性。现有技术二：申请日为1989.12.20，申请人为上海材料研究所，发明人为林春芳;杜玉国;孙丹;刘莹华;陈蓓瑾，专利号为CN201110338775.6，公开了一种分离机用耐磨耐腐蚀硬质合金材料及其制备方法，该硬质合金材料由以下组分及重量份含量组成：碳化钨WC：85-92、镍Ni：7-10、铬Cr：1-2、钴Co：1-2、铈-钴合金Ce-Co：0.05-0.5，该材料具有耐磨、耐腐蚀，强度高、寿命长等优点。现有技术三：申请日为.2011.10.21，申请人为四川科力特硬质合金股份有限公司，发明人为苏华;杨剑忠;谷亩;张晓艳，专利号为CN201110323031.7，公开的一种添加Mo、Cr等金属元素的碳化物，含有如下重量百分比的成分：Ni 7.3%～7.7%、Cr₃C₂ 0.6%～1.0%、Mo 0.3%～0.7%、WC粉余量，解决现有镍基耐海水腐蚀合金存在硬度和耐磨性不高、生产成本高、性价比低等技术问题。

硬质合金使用领域较广，并以其耐腐蚀性能而逐步应用于城市饮用水输送系统中，为了保证公众的健康，要求硬质合金材质除需要具有良好的耐水中长时间浸泡腐蚀性能及耐磨性能外，还必须满足在水中的元素微小析出量的严格要求。国际上公认的标准是英国标准BS6920-1:2000以及BS6920-2.6:2000，即硬质合金产品（表面积15000mm²）在水中6次浸泡24小时后，合金中Ni元素的析出量≤20μg/L。上述三种现有技术涉及的材质所生产的产品都具备一定的耐腐蚀能力。但是，这些材质一般只适合生产机械密封件、摩擦副等产品，其使用过程只要求能够降低产品因受到腐蚀而增加的磨损量，还无法满足产品元素析出量的严格要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种耐磨、耐水中浸泡腐蚀性能好，元素析出量符合标准，生产过程工艺简单，成本低的应用于饮用水系统中的硬质合金的新材质及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明硬质合金由硬质相WC、粘结相Ni作为基体，以Cr及Cr₃C₂复合添加于基体形成W-Ni-Cr系硬质合金。其硬质合金混合料各组分重量百分比组成如下：粘结相Ni粉含量9-10%，金属元素Cr粉含量0.8-1.2%，Cr₃C₂粉含量0.2-0.3%，其余为WC粉；

上述硬质合金混合料各组分重量百分比组成优选为：粘结相Ni粉含量9-10%，金属元素Cr粉含量0.96-1.2%，Cr₃C₂粉含量0.24-0.3%，其余为WC粉；

上述基体材料WC粉费氏粒度1.0-1.2μm，粘结相Ni粉经400目过筛、铬粉经320目过筛，碳化铬粉经400目筛网过筛。

按上述重量配比后，通过粉末冶金方法获得细晶粒硬质合金的重量百分比为：Ni为9.0 %～10.0% ，Cr元素总添加量1.0 %～1.5% ，WC余量且WC平均晶粒度0.6-0.8μm；Ni为9.0 %～10.0% ，Cr元素总添加量1.0 %～1.5% ，WC余量且WC平均晶粒度0.6-0.8μm；优选为：Ni为9.0 %～10.0% ，Cr元素总添加量1.2 %～1.5% ，WC余量且WC平均晶粒度0.6-0.8μm；

本发明由于采用了Cr及Cr₃C₂复合添加方式获得W-Ni-Cr系硬质合金，避免了因单纯添加Cr金属或单纯添加Cr₃C₂，合金产生的缺陷。Cr在Ni和WC中均存在固溶度范围，其中在Ni中的理论最大固溶度为9wt%，在WC中的理论最大固溶度为1.5mol%，当单独添加Cr金属超过体系最大固溶度后，易出现(W, Cr)C相，导致产品强度下降，耐腐蚀能力降低；当单独过量添加了Cr₃C₂后，合金组织易出现渗碳。本发明通过合适的成分配比，能抑制WC晶粒的聚集再结晶长大，合金的晶粒细化；且Cr及Cr₃C₂复合添加方式，使产品渗碳和或脱碳缺陷得到改善，强化了粘结相Ni和硬质相WC的耐腐蚀能力。从而使合金的硬度和抗弯强度、耐腐蚀性能都得到提高。

本发明将金属Cr粉末进行320目筛分，其余进行破碎后筛分使用，解决了铬粉过粗导致合金产品孔隙度偏高、强度偏低问题；同时还解决了-300目以上Cr粉价格昂贵增加成本问题，无需增加原材料投资。

本发明所制备的超细硬质合金，平均晶粒度0.6-0.8μm的，硬度HRA90-93，抗弯强度≥2400MPa，在水中6次浸泡24小时后（合金表面积15000mm2），合金中Ni元素的析出量≤20μg/L，同时可以控制W元素的析出量≤50μg/L，即本发明的合金产品具有优良的耐磨性和耐腐蚀性的结合，解决了硬质合金产品在饮用水系统使用过程中因耐磨性差和耐腐蚀性差而出现金属析出量过高的问题，可以满足长期经受水流冲刷，元素析出量低的需求。

附图说明

图1是图1为实施例1合金的断面背散射电子扫描照片，放大倍率为20000倍，灰色衬度相为WC颗粒，黑色衬度相为粘结相Ni（含有固溶的Cr和W元素）。

图2是本发明制备的合金制品，根据英国标准——BS6920-1:2000以及BS6920-2.6:2000，经在自来水中浸泡后，表面积为15000m²的合金产品中Ni元素（图中符号■）的析出量分布图和W元素（图中符号▲）的析出量分布图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。但不应将此理解为发明的上述主题的范围仅限于下述实施例。

实施例1

一种用于饮用水系统的耐腐蚀硬质合金材质及其制备方法，包括如下步骤

（1）配料、球磨：按照配比将费氏粒度1.0-1.2μm的碳化钨粉末、-400目镍粉、-320目铬粉及-400目碳化铬粉末、助磨剂、己烷介质投入球磨机滚动球磨，球磨时间36小时；球磨结束前2小时，加入熔融状态的石蜡成型剂。

配比重量份为：

球磨料：碳化钨粉89.8份、镍粉9份、铬粉0.96份、碳化铬粉0.24份；

成型剂、助磨剂：石蜡成型剂2份、硬脂酸助磨剂0.1份；

己烷：每千克球磨料添加己烷320ml。

（2）干燥、制粒：将球磨料经-300目过筛，干燥，喷雾制粒，得到硬质合金压制混合料；

（3）压制：混合料经压制成型，获得具有一定强度的半成品；

（4）烧结：将半成品在氢气载气脱蜡——低压烧结一体炉脱除成型剂和高温压力烧结，烧结温度1500℃，保温时间70分钟。最高压力5Mpa；获得致密的硬质合金制品。

硬质合金制品的重量百分比为：Ni 9.0%，Cr1.2%，WC余量。

（5）精加工：获得尺寸精度与表面粗糙度符合工艺要求的硬质合金最终产品。

实施例1所制备硬质合金性能为：硬度HRA91~93，抗弯强度2450MPa，孔隙度A04B00C00。合金的断面背散射电子扫描照片见图1，WC的晶粒度基本在1μm以下，平均晶粒度0.8μm。

在水中6次浸泡24小时后（合金表面积15000mm²），合金中Ni元素的析出量9μg/L，W元素的析出量28μg/L。具体见图2。

实施例2

一种用于饮用水系统的耐腐蚀硬质合金材质及其制备方法，其与实施例1除下述步骤外，均相同：

（1）配料、球磨：按照配比将费氏粒度1.0-1.2μm的碳化钨粉末、-400目镍粉、-320目铬粉及-400目碳化铬粉末、助磨剂、己烷介质投入球磨机滚动球磨，球磨时间48小时；球磨结束前2小时，加入熔融状态的石蜡成型剂。

配比重量份为：

球磨料：碳化钨粉88.5份、镍粉10份、铬粉1.2份、碳化铬粉0.3份；

（4）烧结：将半成品在氢气载气脱蜡——低压烧结一体炉脱除成型剂和高温压力烧结，烧结温度1460℃，90分钟，最高压力5Mpa。获得致密的硬质合金制品。

硬质合金制品的重量百分比为：Ni 10%，Cr1.5%，WC余量。

所制备硬质合金性能为：硬度HRA90.1~91.5，抗弯强度2550MPa，孔隙度A02B00C00，平均晶粒度0.6μm；在水中6次浸泡24小时后（合金表面积15000mm²），合金中Ni元素的析出量17μg/L，W元素的析出量35μg/L。

采用本发明方法制备的硬质合金，生产过程工艺简单，成本低，耐磨、耐水中浸泡腐蚀性能好，元素析出量符合标准，是一种较佳的饮用水系统用硬质合金新材质。

在不脱离本发明的精神和基本特征的情况下，本发明可以具体化为其他具体的形式。因此本发明的实例可以认为在所有方面均是说明性和没有限制性的，由附加的权利要求所表明的本发明范围胜于上述说明书的范围，因此在其内涵和权利要求等效范围之内的所有变化均包含在其所要求保护的范围之中

Claims (7)

1.一种硬质合金，其特征在于：按照如下重量百分比的组分进行混合料配比：  

          Ni粉   9.0 %-10.0% ， 

          Cr粉   0.8 %-1.2% ，

          Cr₃C₂粉 0.2 %-0.3% ， 

         WC粉   余量。

2.如权利要求1所述的硬质合金，其特征在于：按照如下重量百分比的组分进行混合料配比：  

          Ni粉   9.0 %-10.0% ， 

          Cr粉   0.96 %-1.2% ，

          Cr₃C₂粉 0.24 %-0.3% ， 

        WC粉   余量。

3.如权利要求1或2所述的硬质合金，其特征在于：

所述WC粉费氏粒度1.0-1.2μm。

4.如权利要求1或2所述的硬质合金，其特征在于：

所述Cr粉经320目筛网过筛。

5.一种硬质合金，其特征在于：所述合金的重量百分比组分如下：  

          Ni   9.0 %-10.0% ， 

          Cr   1.0 %-1.5% ， 

       WC   余量，晶粒度0.6-0.8μm。

6.一种硬质合金，其特征在于：所述合金的重量百分比组分如下：  

          Ni   9.0 %-10.0% ， 

          Cr   1.2 %-1.5% ， 

       WC   余量，晶粒度0.6-0.8μm。

7.一种如权利要求5或6所述的硬质合金的制备方法，包括如下步骤：

配料、球磨：按照配比将WC、Ni、Cr、Cr₃C₂ 原料粉末投入球磨机进行球磨，球磨时间36-48小时；

（2）干燥、制粒：将球磨后的混合料过筛、干燥、制粒得到硬质合金混合料；

（3）压制：混合料经压制成型，获得具有一定强度的半成品；

（4）烧结：半成品烧结，烧结温度1460-1500℃，保温时间70-90分钟，获得致密的硬质合金制品。

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