CN103286309B - 一种用于钻头的硬质金属 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于钻头的硬质金属，由以下重量份的组分制备完成：Fe：150-240份；石墨烯：0.05-0.1份，碳粉：0.1-0.5份，SiO2：0.01-0.03份，Ti：5-10份，TiO2：0.2-0.8份；P：0.01-0.05份，Cr：2-4份，Ni：5-10份，Mo：0.5-1份。本发明的用于钻头的硬质金属的硬度远远大于普通合金或金属的硬度，其制备方法非常简单，特别适于工业化生产。

Description

一种用于钻头的硬质金属
技术领域
本发明涉及一种合金材料，具体地，涉及一种用于钻头的硬质金属。
背景技术
钻头一般都采用硬质合金，因为环氧玻璃布复铜箔板对刀具的磨损特别快。所谓硬质合金是以碳化钨粉末为基体，以钴粉作粘结剂经加压、烧结而成。通常含碳化钨94%，含钴6%。由于其硬度很高，非常耐磨，有一定强度，适于高速切削。但韧性差，非常脆，为了改善硬质合金的性能，有的采用在碳化基体上化学汽相沉积一层5～7微米的特硬碳化钛（TIC）或氮化钛（TIN），使其具有更高的硬度。有的用离子注入技术，将钛、氮、和碳注入其基体一定的深度，不但提高了硬度和强度而且在钻头重磨时这些注入成份还能内迁。还有的用物理方法在钻头顶部生成一层金刚石膜，极大的提高了钻头的硬度与耐磨性。硬质合金的硬度与强度，不仅和碳化钨与钴的配比有关，也与粉末的颗粒有关。超微细颗粒的硬质合金钻头，其碳化钨相晶粒的平均尺寸在1微米以下。这种钻头，不仅硬度高而且抗压和抗弯强度都提高了。
硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度，广泛用作工业切削刀具、矿山钻头、耐磨件、精密零件等。传统硬质合金工业制备方法主要以粉末冶金方法为主，将碳化物与金属粘结剂混合压制成型，经过烧结形成致密合金。因此硬质合金的工业原料大量使用碳化物，其制备方法主要是为固相烧结反应制备法，是一种耗时、耗能的制备方法。直接以金属粉末或者氧化物作为原料，在烧结过程中一次完成碳化和烧结致密化过程，将大大缩短工艺流程，降低能耗，提高效率。目前的发明专利公开了一种硬质合金，但是以传统金属粉末与碳粉混合制备硬质合金由于原料颗粒过大，碳粉难以有效形成在金属粉末外面包裹结构，碳化反应不均匀导致组织缺陷偏析严重，极大制约着这种方法思路的实施。纳米技术的发展给硬质合金行业带来了新的发展思路，推动了高性能超细硬质合金的制备技术的发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种用于钻头的硬质金属，该硬质合金的硬度远远大于普通合金或金属的硬度。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种用于钻头的硬质金属，由以下重量份的组分制备完成：
Fe：150-240份；石墨烯：0.05-0.1份，碳粉 ：0.1-0.5份，SiO2 ：0.01-0.03份，Ti ：5-10份，Ti O2：0.2-0.8份； P：0.01-0.05份，Cr ：2-4份，Ni ：5-10份，Mo ：0.5-1份。
优选地，由以下重量份的组分制备完成：
Fe：180-220份；石墨烯：0.07-0.1份，碳粉 ：0.2-0.4份，SiO2 ：0.01-0.02份，Ti ：6-8份，Ti O2：0.3-0.6份； P：0.02-0.04份，Cr ：2-3份，Ni ：6-8份，Mo ：0.7-1份。
优选地，由以下重量份的组分制备完成：
Fe：200-220份；石墨烯：0.09-0.1份，碳粉 ：0.28-0.32份，SiO2 ：0.02份，Ti ：7份，Ti O2：0.4-0.6份； P：0.032-0.04份，Cr ：3份，Ni ：7份，Mo ：0.8份。
优选地，由以下重量份的组分制备完成：
Fe：200份；石墨烯：0.08份，碳粉 ：0.3份，SiO2 ：0.02份，Ti ：6份，Ti O2：0.5份； P：0.03份，Cr ：3份，Ni ：7份，Mo ：0.7份。
用于钻头的硬质金属的制备方法，包括以下步骤：
将石墨烯均匀分散于有机溶剂中形成分散液，再与其他原料粉末混合形成硬质合金原料，将该混合料进行熔融，冷却为铸锭后，研磨为细粉，干燥、造粒，再次熔融，得到所需产品。
本发明具有以下有益效果：
采用高活性石墨烯与金属粉末作为制备硬质合金的原料，在烧结过程中一步实现碳化和烧结，具有高效快捷的特点，尤其是采用氧化石墨烯作为添加成分，利用其表面带有的大量含氧基团以及易分散、高活性的特点，将其良好分散在乙醇等介质中形成分散液再进行添加，能有效克服传统碳粉添加均一性差的不足；利用石墨烯具有巨大的表面积，且为超薄柔韧片状结构的特点，使之通过简单物理吸附包裹在金属原料粉末表面，进而在后续球磨过程中实现与金属粉末的良好复合和嵌入，在基体中的良好分散，从而实现在后续烧结过程中使组织均匀，降低烧结缺陷；石墨烯在后续烧结过程中迅速被还原，并与基体硬质合金发生反应，调节硬质合金中的碳含量，由于其具有比传统石墨粉高得多的活性，因此能够使硬质合金基体碳含量更加均匀，改善组织均一性；利用石墨烯所具有优异的综合力学性能以及兼具的超高力学强度和柔韧性等特点，以残余石墨烯发挥增强增韧作用，实现对硬质合金力学性能的提升。
具体实施方式
实施例1
一种用于钻头的硬质金属，由以下重量份的组分制备完成：
Fe：150份；石墨烯：0.05份，碳粉 ：0.1份，SiO2 ：0.01份，Ti ：5份，Ti O2：0.2份； P：0.01份，Cr ：2份，Ni ：5份，Mo ：0.5份。
用于钻头的硬质金属的制备方法，包括以下步骤：
将石墨烯均匀分散于有机溶剂中形成分散液，再与其他原料粉末混合形成硬质合金原料，将该混合料进行熔融，冷却为铸锭后，研磨为细粉，干燥、造粒，再次熔融，得到所需产品。
实施例2
一种用于钻头的硬质金属，其特征在于，由以下重量份的组分制备完成：
Fe： 240份；石墨烯： 0.1份，碳粉 ： 0.5份，SiO2 ： 0.03份，Ti ： 10份，Ti O2： 0.8份； P： 0.05份，Cr ： 4份，Ni ： 10份，Mo ： 1份。
用于钻头的硬质金属的制备方法，包括以下步骤：
将石墨烯均匀分散于有机溶剂中形成分散液，再与其他原料粉末混合形成硬质合金原料，将该混合料进行熔融，冷却为铸锭后，研磨为细粉，干燥、造粒，再次熔融，得到所需产品。
实施例3
一种用于钻头的硬质金属，由以下重量份的组分制备完成：
Fe：200份；石墨烯：0.08份，碳粉 ：0.3份，SiO2 ：0.02份，Ti ：6份，Ti O2：0.5份； P：0.03份，Cr ：3份，Ni ：7份，Mo ：0.7份。
用于钻头的硬质金属的制备方法，包括以下步骤：
将石墨烯均匀分散于有机溶剂中形成分散液，再与其他原料粉末混合形成硬质合金原料，将该混合料进行熔融，冷却为铸锭后，研磨为细粉，干燥、造粒，再次熔融，得到所需产品。
实施例4
一种用于钻头的硬质金属，由以下重量份的组分制备完成：
Fe： 220份；石墨烯： 0.1份，碳粉 ： 0.32份，SiO2 ：0.02份，Ti ：7份，Ti O2： 0.6份； P： 0.04份，Cr ：3份，Ni ：7份，Mo ：0.8份。
用于钻头的硬质金属的制备方法，包括以下步骤：
将石墨烯均匀分散于有机溶剂中形成分散液，再与其他原料粉末混合形成硬质合金原料，将该混合料进行熔融，冷却为铸锭后，研磨为细粉，干燥、造粒，再次熔融，得到所需产品。
采用高活性石墨烯与金属粉末作为制备硬质合金的原料，在烧结过程中一步实现碳化和烧结，具有高效快捷的特点，尤其是采用氧化石墨烯作为添加成分，利用其表面带有的大量含氧基团以及易分散、高活性的特点，将其良好分散在乙醇等介质中形成分散液再进行添加，能有效克服传统碳粉添加均一性差的不足；利用石墨烯具有巨大的表面积，且为超薄柔韧片状结构的特点，使之通过简单物理吸附包裹在金属原料粉末表面，进而在后续球磨过程中实现与金属粉末的良好复合和嵌入，在基体中的良好分散，从而实现在后续烧结过程中使组织均匀，降低烧结缺陷；石墨烯在后续烧结过程中迅速被还原，并与基体硬质合金发生反应，调节硬质合金中的碳含量，由于其具有比传统石墨粉高得多的活性，因此能够使硬质合金基体碳含量更加均匀，改善组织均一性；利用石墨烯所具有优异的综合力学性能以及兼具的超高力学强度和柔韧性等特点，以残余石墨烯发挥增强增韧作用，实现对硬质合金力学性能的提升。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于钻头的硬质金属，其特征在于，由以下重量份的组分制备完成：
Fe ：200 份；石墨烯：0.08 份，碳粉 ：0.3 份，SiO2 ：0.02 份，Ti ：6 份，TiO2 ：0.5 份； P ：0.03 份，Cr ：3 份，Ni ：7 份，Mo ：0.7 份。
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