CN103014472A

CN103014472A - 以铁镍为粘结金属的硬质合金及其制备方法

Info

Publication number: CN103014472A
Application number: CN2012105418912A
Authority: CN
Inventors: 徐纯芳; 邹宇星; 李友军; 余立新
Original assignee: SUZHOU XINRUI ALLOY TOOL CO Ltd
Current assignee: SUZHOU XINRUI ALLOY TOOL CO Ltd
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明涉及以铁镍为粘结金属的硬质合金及制备方法，该粘结金属粉末为铁镍合金粉，该铁镍合金粉为球形，粒径<4μm，由50-80%铁元素与20-50%镍元素组成，合金粉相组成为奥氏体和马氏体，硬质合金其组分的重量百分比为：WC粉80～97%，Fe-Ni合金粉3～20%；制备时：先将WC粉和Fe-Ni合金粉在溶剂中湿磨混合，然后干燥，成型，烧结。采用此铁镍合金为粘结金属的硬质合金，与传统的碳化钨-钴硬质合金相比，具有更好的强度/韧性比，可广泛用于工程地质、矿山开采等领域硬质合金的使用，不仅可以节约战略资源钴的应用，还可延长硬质合金工具的使用寿命。

Description

以铁镍为粘结金属的硬质合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种以铁镍为粘结金属的硬质合金及其制备方法，该硬质合金用于制造凿岩、地质钻探等领域的工具。

背景技术

硬质合金是由难熔金属硬质化合物（硬质相）和金属粘结剂（粘结相）经粉末冶金方法制成的一类复合材料。钴由于对碳化物有良好的润湿性，并且与碳化物组成的合金有较高的强度，因此，自硬质合金问世以来，一直广泛用作硬质合金的粘结金属。然而，由于世界钴资源很有限，此外，硬质合金在使用过程中钴有可能氧化成具有毒性的Co⁶⁺，对人体健康造成潜在威胁，因此，寻找和研究钴的替代材料历来就是硬质合金研究和生产中一个重要课题。与钴同族的铁镍元素通常被用来尝试全部或部分代替钴，但是，因铁和镍的力学性能比钴要低得多。近年来，有少量以纯铁、纯镍或铁钴、铁镍混合作为硬质合金的粘结相的硬质合金出现，但所得到硬质合金的物理机械性能很低，只能用于特定功能用途的工况，无法满足对力学性能较高的凿岩钻探、冲压磨削等领域需求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种以铁镍为粘结金属的硬质合金及其制备方法，旨在有效提高粘结金属与碳化物的粘结强度，解决粘结金属强度不足问题，显著改善硬质合金的力学性能，延长使用寿命。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

以铁镍为粘结金属的硬质合金，其组分具有如下的重量百分比：WC粉 80～97%，Fe-Ni合金粉 3～20% 。

进一步地，上述的以铁镍为粘结金属的硬质合金，其中，所述WC粉的粒度小于10μm。

更进一步地，上述的以铁镍为粘结金属的硬质合金，其中，所述Fe-Ni合金粉的组分重量百分比为：Fe 50～80%，Ni 20～50% ；所述Fe-Ni合金粉由奥氏体和马氏体组成；相组成为奥氏体65%，马氏体35% ；所述Fe-Ni合金粉为球形；所述Fe-Ni合金粉的粒径小于4μm。

本发明以铁镍为粘结金属的硬质合金的制备方法，先将WC粉和Fe-Ni合金粉在溶剂中湿磨混合，然后干燥，成型，烧结。

再进一步地，上述的以铁镍为粘结金属的硬质合金的制备方法，所述溶剂为酒精、丙酮、己烷、水或其中的任意组合而成的混合物。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

由于对Fe、Ni进行了合金化处理，提高了Fe-Ni合金的强度。此外，Fe-Ni为球形，有利于缩短与WC粉的球磨混合时间，从而提高了球磨效率。同时由于Fe-Ni合金为韧性较好的面心立方晶体结构，相比于Co在常温下的密排六方晶体结构，具有更好的韧性，因此，用Fe-Ni合金粉制成的硬质合金比传统的WC-Co合金具有更高的韧性。此外，用Fe-Ni合金粉代替稀有的Co做粘结金属，减少了稀有金属Co的应用，降低了Co⁶⁺对人体健康的危害，具有较高的经济和社会效益。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明铁镍合金粘结金属粉末扫描电镜图；

图2：本发明以铁镍合金为粘结金属的硬质合金金相照片。

具体实施方式

为有效解决硬质合金替代粘结金属力学性能不足的问题，本发明通过合金化途径强化Fe-Ni粘结金属，并控制合金的相组成，从而达到提供硬质合金强度和韧性的目的。

以铁镍为粘结金属的硬质合金，其组分具有如下的重量百分比：WC粉 80～97%，Fe-Ni合金粉 3～20%，其中，WC粉的粒度小于10μm，Fe-Ni合金粉的组分重量百分比为：Fe 50～80%，Ni 20～50% ，Fe-Ni合金粉由奥氏体和马氏体组成，相组成为奥氏体65%，马氏体35% ；Fe-Ni合金粉为球形，Fe-Ni合金粉的粒径小于4μm。

以铁镍为粘结金属的硬质合金的制备工艺是：先将WC粉和Fe-Ni合金粉在溶剂中湿磨混合，溶剂为酒精、丙酮、己烷、水或其中的任意组合而成的混合物，然后干燥，成型，烧结。

以WC为硬质相，以3～20%（重量比）Fe-Ni为粘结金属。该粘结金属为Fe-Ni合金化金属，Fe、Ni为原子级混合，其中Fe所占比例为50～80%，Ni为20～50%。Fe-Ni合金粉在真空液体情况下对WC的润湿性较好，相组成为面心立方的奥氏体和马氏体（其中奥氏体为65%，马氏体为35%），有利于在保证合金具有较高强度的同时也有较高的韧性。为了使Fe-Ni合金粉与WC粉易于混合均匀，Fe-Ni合金粉制成球形，粒度<4μm。该新型的硬质合金WC粉与Fe-Ni粉以湿磨方式混合，研磨剂为酒精、丙酮、己烷、水或其中任意组合的混合物。混合料浆干燥后，经压制成型，为了保证合金具有较高的值密度，烧结采用加压烧结，烧结后合金的金相如图2，与WC-Co硬质合金具有同样的金相结构，所制成的产品性能具有比WC-Co合金更高的硬度/韧性比。

实施例

采用粒度为1.0μm的超细WC粉和粒度为1.2μm的Fe-Ni合金粉（合金粉形貌照片如图1），按重量比WC：Fe-Ni＝9：1配粉，球料比为3.5：1，研磨剂采用酒精，按每公斤粉料加350ml的比例加入，经球磨48小时后，粉料在120℃的温度下干燥，粉料干燥后经掺入成型剂，压制成形，在脱成型剂与烧结一体的低压（10MPa）烧结炉里在1390℃下烧结60min，制成硬质合金制品。

对比例

除粘结剂属不同之外，其他条件与实施例一致的情况下，制得WC-Co合金制品以进行对比。

经检测，实施例制得的硬质合金与对比例合金的性能对比如表1所示。

表1 实施例与对比例合金性能列表

Figure 2012105418912100002DEST_PATH_IMAGE002

从表1所列数据对比可以看出，采用本发明的技术方案所制得的硬质合金硬度、强度与WC-Co合金相当，实施例制得的合金断裂韧性值和耐磨性则明显高于对比例合金，在100×光学显微镜市场下观察，实施例和对比例均没有发现可见孔隙。

本发明由于对Fe、Ni进行了合金化处理，提高了Fe-Ni合金的强度。此外，Fe-Ni为球形，有利于缩短与WC粉的球磨混合时间，从而提高了球磨效率。同时由于Fe-Ni合金为韧性较好的面心立方晶体结构，相比于Co在常温下的密排六方晶体结构，具有更好的韧性，因此，用Fe-Ni合金粉制成的硬质合金比传统的WC-Co合金具有更高的韧性。此外，用Fe-Ni合金粉代替稀有的Co做粘结金属，减少了稀有金属Co的应用，降低了Co⁶⁺对人体健康的危害，具有较高的经济和社会效益。

采用铁镍合金为粘结金属的硬质合金，与传统的碳化钨-钴硬质合金相比，具有更好的强度/韧性比，可广泛用于工程地质、矿山开采等领域硬质合金的使用，不仅可以节约战略资源钴的应用，还可延长硬质合金工具的使用寿命，具有良好的应用前景。

需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1. 以铁镍为粘结金属的硬质合金，其特征在于其组分具有如下的重量百分比：WC粉 80～97%，Fe-Ni合金粉 3～20% 。

2.根据权利要求1所述的以铁镍为粘结金属的硬质合金，其特征在于：所述WC粉的粒度小于10μm。

3.根据权利要求1所述的以铁镍为粘结金属的硬质合金，其特征在于：所述Fe-Ni合金粉的组分重量百分比为：Fe 50～80%，Ni 20～50% 。

4.根据权利要求1所述的以铁镍为粘结金属的硬质合金，其特征在于：所述Fe-Ni合金粉由奥氏体和马氏体组成。

5.根据权利要求4所述的以铁镍为粘结金属的硬质合金，其特征在于：相组成为奥氏体65%，马氏体35% 。

6.根据权利要求1所述的以铁镍为粘结金属的硬质合金，其特征在于：所述Fe-Ni合金粉为球形。

7.根据权利要求1所述的以铁镍为粘结金属的硬质合金，其特征在于：所述Fe-Ni合金粉的粒径小于4μm。

8.权利要求1所述的以铁镍为粘结金属的硬质合金的制备方法，其特征在于：先将WC粉和Fe-Ni合金粉在溶剂中湿磨混合，然后干燥，成型，烧结。

9.根据权利要求8所述的以铁镍为粘结金属的硬质合金的制备方法，其特征在于：所述溶剂为酒精、丙酮、己烷、水或其中的任意组合而成的混合物。