CN103276268A - 一种高性能硬质合金及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能硬质合金及其制造方法，该合金主要由Co粉、Co-Al粉、CK29粉和WC粉组成，其重量百分比为5-10%的Co粉、4-7%的Co-Al粉、3-5%的CK29粉、余量为WC粉及不可避免的杂质。工艺步骤如下：(1)配料：按上述重量百分比进行配制；(2)湿磨：将配好的原料加入高能球磨机用酒精进行湿磨67-77小时，使其细化达到纳米复合；(3)干燥：将磨好的混合料在干燥塔内干燥；(4)成型：将干燥混合料掺胶制粒压制成产品形状；(5)烧结：将成型产品在1430-1460℃的温度下真空烧结，保温时间15-25分钟，即可制得高性能硬质合金产品。采用本发明的硬质合金后，增强热红硬性，产品具有优越的耐腐蚀性、良好机械性能以及耐磨性能等优点。

Description

一种高性能硬质合金及其制造方法

技术领域

本发明创造涉及一种粉末冶金领域，特别是一种能增强热红硬性、耐腐蚀和耐磨性能的高性能硬质合金及其制造方法。

背景技术

我国是硬质合金生产大国，2011年占世界总产量的38%左右，但产值不到全世界的20%，行业整体产值远低于产量比例，生产企业“多、散、小”，产品以中低档为主，高附加值的产品比重很低，国际竞争力不强。其次，科技投入与国际先进企业存在较大差距，高层次技术人才缺乏，基础研究不足，产学研存在相对脱节现象，科技创新不够，主要以跟随国际先进技术为主。

随着我国工业化、信息化和城市化进程的加速，中国成为带动世界经济复苏的发动机，机床行业、钢铁工业、汽车工业、矿山采掘、电子信息、交通运输和能源等基础产业对硬质合金的需求将不断增长，数控机床、加工中心在机械加工领域的应用不断扩大，未来高精尖技术装配制造，将大力推动高技术含量和高品质的硬质合金产品的需求，给中国硬质合金行业提供了良好的发展环境。

目前，硬质合金中的粘结金属通常为Co(钴)，Co作为粘结金属可使硬质合金具有较好的烧结性能和机械性能，但是Co的抗氧化和腐蚀能力较差，这给制备超硬的硬质合金造成困难。对于提高硬质合金的耐腐蚀性和制取硬质合金，人们曾作了大量的工作。

在提高耐腐蚀性能方面，人们曾采用镍作粘结金属，如WC-10%Ni硬质合金；也有人在WC-Co中添加Re(稀有金属)组成WC-10%Co-1%Re。

在抑制晶粒长大方面，研究者曾在合金中添加抑制剂，如添加Cr3C2、TaC、VC来控制晶粒大小；也曾采用新的烧结方法来抑制晶粒长大，如微波烧结、放电等离子烧结等。

但从目前的工作来看都无法达到既提高耐腐蚀性又细化晶粒的综合效果。采用镍作粘结金属或添加Cr都不能根本上解决耐腐蚀的问题；添加晶粒长大抑制剂会降低合金的性能，并且粉末越细很难达到抑制剂的均匀分布，会造成WC晶粒的偏向异常长大。为此要制取超硬的硬质合金必须寻求新的配方和工艺，许多生产厂家和有识之士进行了开发和研制，但至今尚未有较理想的解决办法。

发明内容

为克服现有硬质合金存在的上述缺陷，本发明创造的目的是提供一种具有优越的耐腐蚀性、良好红硬性能和机械性能的高性能硬质合金以及制造该高性能硬质合金的方法。

本发明创造解决上述技术问题所采用的技术方案，该高性能硬质合金主要由Co粉、Co-Al粉、CK29粉和WC粉组成，其重量百分比为5-10%的Co粉、4-7%的Co-Al粉、3-5%的CK29粉、余量为WC粉及不可避免的杂质。

所述的Co-Al为复合合金，其重量比为80-89%的Co、13-20%的Al。

所述的CK29为复式碳化物，由TiC、TaC和WC组成，其重量比为36.5%：24.5%：39%。

一种高性能硬质合金的制造方法，具体工艺步骤如下：

(1)配料：按重量百分比为5-10%的Co粉、4-7%的Co-Al粉、3-5%的CK29粉、余量为WC粉及不可避免的杂质进行配制；

(2)湿磨：将步骤(1)配好的原料加入高能球磨机用酒精作为湿磨介质进行湿磨67-77小时，使其细化达到纳米复合；

(3)干燥：将步骤(2)湿磨好的混合料在干燥塔内振动干燥得到不含酒精的干燥混合料；

(4)成型：将步骤(3)的干燥混合料掺胶制粒压制成型所需的产品形状；

(5)烧结：将步骤(4)成型的产品在1430-1460℃的温度下真空烧结，保温时间20-30分钟，即可制得高性能硬质合金产品；

(6)入库：最后将步骤(5)烧结后的产品抛光清洗，检验入库。

采用上述硬质合金及制造方法后，与现有技术相比有如下优点。

1.本发明的硬质合金具有良好的抗氧化效果和耐腐蚀性能，在中低温下有较高的机械强度和可塑性，同时具有良好的烧结性能。

2.采用上述硬质合金的配比中采用Co-Al作为硬质合金粘结剂，可以提高抗氧化、耐腐蚀和烧结性能，在中低温下有较高的机械强度和塑性，采用CK29粉可以有效增加其热红硬性，高温切割时保持原有硬度，不会弯曲变形，持续切割温度800℃以下不会改变切割性能；机械性能好，其孔隙度不大于A02B00，硬度HRA≥92，密度≥14.5g/cm³，具有良好的抗磨损性能，可用于切削木材的合金材料。

具体实施方式

下面为本发明创造一种高性能硬质合金及其制造方法的具体实施方案，该合金该合金主要由Co粉、Co-Al粉、CK29粉和WC粉组成，其重量百分比为5-10%的Co粉、4-7%的Co-Al粉、3-5%的CK29粉、余量为WC粉及不可避免的杂质。所述的Co-Al为复合合金，其重量比为80-89%的Co、13-20%的Al。所述的CK29为复式碳化物，由TiC、TaC和WC组成，其重量比为36.5%：24.5%：39%。

本发明创造一种高性能硬质合金的制造方法，具体工艺步骤如下：

(1)配料：按重量百分比为5-10%的Co粉、4-7%的Co-Al粉、3-5%的CK29粉、余量为WC粉及不可避免的杂质进行配制；

(2)湿磨：将步骤(1)配好的原料加入高能球磨机用酒精作为湿磨介质进行湿磨67-77小时，使其细化达到纳米复合；

(3)干燥：将步骤(2)湿磨好的混合料在干燥塔内振动干燥得到不含酒精的干燥混合料；

(4)成型：将步骤(3)的干燥混合料掺胶制粒压制成型所需的产品形状；

(5)烧结：将步骤(4)成型的产品在1430-1460℃的温度下真空烧结，保温时间20-30分钟，即可制得高性能硬质合金产品；

(6)入库：最后将步骤(5)烧结后的产品抛光清洗，检验入库。

实施例1：将重量百分比为5%的Co粉、7%的Co-Al粉、3%的CK29粉、余量为WC粉按要求进行配料，以酒精为湿磨介质在高能球磨机中研磨67小时后卸料，接着干燥、掺胶制粒，然后压制成型所需的产品形状，在1430℃的温度下真空烧结，保温时间30分钟，即可制得高性能硬质合金产品。

实施例2：将重量百分比为6%的Co粉、6%的Co-Al粉、3.5%的CK29粉、余量为WC粉按要求进行配料，以酒精为湿磨介质在高能球磨机中研磨70小时后卸料，接着干燥、掺胶制粒，然后压制成型所需的产品形状，在1435℃的温度下真空烧结，保温时间28分钟，即可制得高性能硬质合金产品。

实施例3：将重量百分比为7%的Co粉、6%的Co-Al粉、4%的CK29粉、余量为WC粉按要求进行配料，以酒精为湿磨介质在高能球磨机中研磨72小时后卸料，接着干燥、掺胶制粒，然后压制成型所需的产品形状，在1440℃的温度下真空烧结，保温时间26分钟，即可制得高性能硬质合金产品。

实施例4：将重量百分比为8%的Co粉、5%的Co-Al粉、4.5%的CK29粉、余量为WC粉按要求进行配料，以酒精为湿磨介质在高能球磨机中研磨74小时后卸料，接着干燥、掺胶制粒，然后压制成型所需的产品形状，在1450℃的温度下真空烧结，保温时间23分钟，即可制得高性能硬质合金产品。

实施例5：将重量百分比为10%的Co粉、4%的Co-Al粉、5%的CK29粉、余量为WC粉按要求进行配料，以酒精为湿磨介质在高能球磨机中研磨74小时后卸料，接着干燥、掺胶制粒，然后压制成型所需的产品形状，在1460℃的温度下真空烧结，保温时间20分钟，即可制得高性能硬质合金产品。

根据测试结果，本发明创造的高性能硬质合金的机械性能：硬度HRA≥92，孔隙度不大于A02B00，密度≥14.5g/cm³。

上述实施例的高性能硬质合金与WC-10%Ni在高温氧化、耐腐蚀性方面及耐磨方面的对比试验结果见表1、表2和表3。

表1高温氧化表面状态

注：黄色为二氧化钨，表明表面WC已被氧化，黑色为氧化膜，表明轻微氧化。

表2耐腐蚀性能试验

表3耐磨实验

以上所述，只是本发明创造的具体实施例，并非对本发明创造作出任何形式上的限制，在不脱离本发明创造的技术方案基础上，所作出的简单修改、等同变化或修饰，均落入本发明创造的保护范围。

Claims (4)

1.一种高性能硬质合金，其特征是：该合金主要由Co粉、Co-Al粉、CK29粉和WC粉组成，其重量百分比为5-10%的Co粉、4-7%的Co-Al粉、3-5%的CK29粉、余量为WC粉及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种高性能硬质合金，其特征是：所述的Co-Al为复合合金，其重量比为80-89%的Co、13-20%的Al。

3.根据权利要求1或2所述的一种高性能硬质合金，其特征是：所述的CK29为复式碳化物，由TiC、TaC和WC组成，其重量比为36.5%：24.5%：39%。

4.根据权利要求1所述的制造方法，具体工艺步骤如下：

(1)配料：按重量百分比5-10%的Co粉、4-7%的Co-Al粉、3-5%的CK29粉、余量为WC粉进行配制；

(2)湿磨：将步骤(1)配好的原料加入高能球磨机用酒精作为湿磨介质进行湿磨67-77小时，使其细化达到纳米复合；

(3)干燥：将步骤(2)湿磨好的混合料在干燥塔内振动干燥得到不含酒精的干燥混合料；

(4)成型：将步骤(3)的干燥混合料掺胶制粒压制成型所需的产品形状；

(5)烧结：将步骤(4)成型的产品在1430-1460℃的温度下真空烧结，保温时间20-30分钟，即可制得高性能硬质合金产品；

(6)入库：最后将步骤(5)烧结后的产品抛光清洗，检验入库。