CN103614603A

CN103614603A - 一种晶粒度小于200纳米的硬质合金及其制备方法

Info

Publication number: CN103614603A
Application number: CN201310652996.XA
Authority: CN
Inventors: 袁军文; 颜练武; 杨金海
Original assignee: Zhuzhou Cemented Carbide Group Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou Cemented Carbide Group Co Ltd
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2014-03-05

Abstract

本发明公开了一种晶粒度小于200纳米的硬质合金，其组分及质量百分比为：WC93%～83%，Co6%～15%，VC0.3%～0.5%，Cr₃C₂0.5%～1.0%，合金中WC晶粒度小于200纳米；其制备包括：按重量百分比称量配料，WC93%～83%，Co6%～15%，VC0.3%～0.5%，Cr₃C₂0.5%～1.0%，且WC的BET≤0.16um，Co粉Fsss粒度≤0.7um，VC和Cr₃C₂的Fsss粒度≤0.8um；球磨，球料比为6:1～7:1，酒精介质400～500ml/Kg，加入分散剂吐温-80为0.1～0.6%，成型剂石蜡或PEG为2.0%，球磨转速为63rpm，球磨时间90～120小时；喷雾干燥；压制；压力烧结，烧结温度1320～1360°C，保温时间40～80min，压力70～95bar；获得WC晶粒度小于200纳米的硬质合金HV≥1900，抗弯强度≥4500N/mm²，在硬度得到保证的同时大大改善了韧性，而且工艺控制简单、成本低。

Description

一种晶粒度小于200纳米的硬质合金及其制备方法

技术领域

本发明属于硬质合金制备技术领域，主要是涉及晶粒度小于200纳米（即硬质合金中碳化钨晶粒度小于200纳米）的硬质合金的制备。

背景技术

纳米硬质合金是在Gurland 的硬质合金强度与钴相平均自由程关系模型的基础上发展起来的。减小WC 的晶粒尺寸,将增大碳化物的接触数量？,而以分布高度均匀的钴作粘结相,可以得到强度、硬度和韧性均好的合金。尤其当WC 的晶粒尺寸减小到纳米级时,其各项性能指标将得到进一步的提高,从而成为解决硬质合金材料强度、韧性和硬度间矛盾的一种重要方法，纳米结构合金具有均匀的显微结构,无异常长大的晶粒,且碳化物晶粒之间钴相均匀分布, 从而使纳米结构硬质合金具有优异的抗裂性和耐磨性。

纳米硬质合金由于具有较好的综合性能，不仅硬度高、耐磨性好，而且具有很高的强度和韧性，其应用领域正在不断扩大，己广泛用于制造微型钻、精密工模具和难切削加工领域，纳米硬质合金的开发是硬质合金领域的一次重大技术革命，为机械制造、信息技术等相关行业的发展奠定了坚实的基础。研制纳米晶硬质合金,进一步提高其硬度并改善其韧性,是硬质合金材料力学性能走向实际应用的最佳突破口和着陆点。

浙江大学的专利号为 98110950.0的专利“纳米碳化钨－钴－碳化钛－碳化钒硬质合金的制造方法及设备”，介绍了一种使用ＷＯ_３、ＣoＯ、ＴiＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５纳米粒子混合粉体，在Ｃ_２Ｈ_２气氛中直接碳化为ＷＣ－Ｃo－ＴiＣ－ＶＣ纳米硬质合金粉体。这种制备方法虽然能制备出纳米硬质合金，但存在工艺控制复杂，成本较高。

重庆文理学院的专利号为201210278750.6的专利“一种含球形面心立方结构钴粉的纳米硬质合金材料及其制备方法”，介绍了采用平均粒径200～300nm球形面心立方结构钴粉，其含量为12wt%～14wt%，平均粒200～300nm的碳化钨含量为65wt%～70wt%，平均粒径300～400nm碳化钨-碳化鈦-碳化钒-碳化钽-碳化鉻固溶体粉末含量为16wt%～23wt%，以及适量的活性及表面分散剂，结合密闭惰性气体保护高速球磨、喷雾干燥及过压烧结，最终获得同时具有高硬度高强度的“双高”硬质合金材料。但其制备的合金的HRA硬度最高仅为92，HV硬度为1800，平均晶粒度为250纳米。

发明内容

本发明提供一种晶粒度小于200纳米的硬质合金及其的制备方法，其HV硬度≥1900，抗弯强度≥4500 N/mm²，在硬度得到保证的同时大大改善了韧性，而且工艺控制简单、成本低。

本发明的一种晶粒度小于200纳米的硬质合金，其组分及质量百分比为：WC 93%～83%，Co 6%～15%，VC 0.3%～0.5%，Cr₃C₂ 0.5%～1.0%，合金中WC晶粒度小于200纳米。

作为优化，其组分及质量百分比为：WC 91.05%，Co 8%，VC 0.3%，Cr₃C₂ 0.65%，合金中WC晶粒度160纳米。

优化二，其组分及质量百分比为：WC 89.85%，Co 9%，VC 0.4%，Cr₃C₂ 0.75%，合金中WC晶粒度150纳米。

优化三，其组分及质量百分比为：WC 93.15%，Co 6%，VC 0.35%，Cr₃C₂ 0.5%，合金中WC晶粒度150纳米。

优化四，其组分及质量百分比为：WC 84.5%，Co 14%，VC 0.5%，Cr₃C₂ 1.0%，合金中WC晶粒度170纳米。

其制备方法，依次包括：

（1）配料，按重量百分比称量各粉末原料——WC 93%～83%，Co 6%～15%，VC 0.3%～0.5%，Cr₃C₂ 0.5%～1.0%，其中原料粉末WC的BET值≤0.16um，Co粉的Fsss粒度≤0.7um，VC和Cr₃C₂的Fsss粒度≤0.8um；

（2）球磨，将称好的粉末原料放入球磨机中，其球料比为6:1～7:1，按每公斤原料粉末总质量加入酒精400～500ml；按原料粉末总质量的0.1～0.6%加入分散剂吐温-80；按原料粉末总质量的2.0%加入成型剂石蜡或PEG；球磨转速为63转/min，球磨时间为90～120小时；

（3）球磨后将料浆卸出，进行喷雾干燥；

（4）将喷雾干燥后的混合料进行压制；

（5）将压坯放入压力炉中，进行压力烧结，烧结温度为1320～1360°C，保温时间为40～80min，压力为70～95bar；获得WC晶粒度小于200纳米的硬质合金。

与现有技术相比，本发明的工艺简单，能够低成本获得晶粒度小于200纳米的纳米硬质合金，同时其HV硬度≥1900、最高可达2300，抗弯强度≥4500 N/mm²、最高可达5000N/mm²，在硬度得到保证的同时大大改善了韧性，使用寿命有明显提高。。

附图说明

图1是实施例1制备的晶粒度小于200纳米的硬质合金的电镜照片；

图2是实施例2制备的晶粒度小于200纳米的硬质合金的电镜照片；

图3是实施例3制备的晶粒度小于200纳米的硬质合金的电镜照片；

图4是实施例4制备的晶粒度小于200纳米的硬质合金的电镜照片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：称取Fsss粒度为0.6um的超细钴粉80g，Fsss粒度为0.8um的超细碳化钒3.0g，Fsss粒度为0.8um的超细碳化铬6.5g，BET为0.15um的纳米碳化钨910.5g。再称取3g吐温-80作为分散剂，20gPEG作为成型剂。将以上原料加入滚动球磨机中，以酒精为研磨介质，加入量为450ml，即按每公斤原料粉末总质量加入酒精450ml，以硬质合金棒作为研磨体，球料比为6:1。球磨机转速为63转/min，球磨时间为100小时。球磨时间到后，将料浆卸出，喷雾干燥后制得粒子均匀，流动性良好的混合料。将混合料模压成型。将压坯放入压力炉中，进行压力烧结，烧结温度为1350°C，保温时间为60min，压力为90bar。

对烧结后的产品进行检测，合金中WC 的晶粒度平均为0.16um（即160纳米），合金电镜照片如图1，HV硬度为2200，抗弯强度为4900 N/mm²。

实施例2：

称取Fsss粒度为0.7um的超细钴粉90g，Fsss粒度为0.6um的超细碳化钒4.0g，Fsss粒度为0.7um的超细碳化铬7.5g，BET为0.13um的纳米碳化钨898.5g。再称取4g吐温-80作为分散剂，20g石蜡作为成型剂。将以上原料加入滚动球磨机中，以酒精为研磨介质，加入量为460ml，以硬质合金棒作为研磨体，球料比为7:1。球磨机转速为63转/min，球磨时间为90小时。球磨时间到后，将料浆卸出，喷雾干燥后制得粒子均匀，流动性良好的混合料。将混合料模压成型。将压坯放入压力炉中，进行压力烧结，烧结温度为1340°C，保温时间为50min，压力为85bar。

对烧结后的产品进行检测，合金中WC 的晶粒度平均为0.15um（即150纳米），合金电镜照片如图2，HV硬度为2180，抗弯强度为5000 N/mm²。

实施例3

称取Fsss粒度为0.5um的超细钴粉60g，Fsss粒度为0.5um的超细碳化钒3.5g，Fsss粒度为0.6um的超细碳化铬5.0g，BET为0.12um的纳米碳化钨931.5g。再称取1g吐温-80作为分散剂，20gPEG作为成型剂。将以上原料加入滚动球磨机中，以酒精为研磨介质，加入量为470ml，以硬质合金棒作为研磨体，球料比为6:1。球磨机转速为63转/min，球磨时间为110小时。球磨时间到后，将料浆卸出，喷雾干燥后制得粒子均匀，流动性良好的混合料。将混合料模压成型。将压坯放入压力炉中，进行压力烧结，烧结温度为1360°C，保温时间为80min，压力为95bar。

对烧结后的产品进行检测，合金中WC 的晶粒度平均为0.15um（即150纳米），合金电镜照片如图3，HV硬度为2300，抗弯强度为4500 N/mm²。

实施例4

称取Fsss粒度为0.6um的超细钴粉140g，Fsss粒度为0.5um的超细碳化钒5.0g，Fsss粒度为0.5um的超细碳化铬10.0g，BET为0.16um的纳米碳化钨845.0g。再称取6g吐温-80作为分散剂，20g石蜡作为成型剂。将以上原料加入滚动球磨机中，以酒精为研磨介质，加入量为490ml，以硬质合金棒作为研磨体，球料比为7:1。球磨机转速为63转/min，球磨时间为95小时。球磨时间到后，将料浆卸出，喷雾干燥后制得粒子均匀，流动性良好的混合料。将混合料模压成型。将压坯放入压力炉中，进行压力烧结，烧结温度为1320°C，保温时间为40min，压力为70bar。

对烧结后的产品进行检测，合金中WC 的晶粒度平均为0.17um（即170纳米），合金电镜照片如图4，HV硬度为1900，抗弯强度为5000 N/mm²。

Claims

1.一种晶粒度小于200纳米的硬质合金，其组分及质量百分比为：WC 93%～83%，Co 6%～15%，VC 0.3%～0.5%，Cr₃C₂ 0.5%～1.0%，合金中WC晶粒度小于200纳米。

2.根据权利要求1所述的晶粒度小于200纳米的硬质合金，其组分及质量百分比为：WC 91.05%，Co 8%，VC 0.3%，Cr₃C₂ 0.65%，合金中WC晶粒度160纳米。

3.根据权利要求1所述的晶粒度小于200纳米的硬质合金，其组分及质量百分比为：WC 89.85%，Co 9%，VC 0.4%，Cr₃C₂ 0.75%，合金中WC晶粒度150纳米。

4.根据权利要求1所述的晶粒度小于200纳米的硬质合金，其组分及质量百分比为：WC 93.15%，Co 6%，VC 0.35%，Cr₃C₂ 0.5%，合金中WC晶粒度150纳米。

5.根据权利要求1所述的晶粒度小于200纳米的硬质合金，其组分及质量百分比为：WC 84.5%，Co 14%，VC 0.5%，Cr₃C₂ 1.0%，合金中WC晶粒度170纳米。

6.根据权利要求1所述的晶粒度小于200纳米的硬质合金的制备方法，依次包括：

(1)配料，按重量百分比称量各粉末原料——WC 93%～83%，Co 6%～15%，VC 0.3%～0.5%，Cr₃C₂ 0.5%～1.0%，其中原料粉末WC的BET值≤0.16um，Co粉的Fsss粒度≤0.7um，VC和Cr₃C₂的Fsss粒度≤0.8um；

(2)球磨，将称好的粉末原料放入球磨机中，其球料比为6:1～7:1，按每公斤原料粉末总质量加入酒精400～500ml；按原料粉末总质量的0.1～0.6%加入分散剂吐温-80；按原料粉末总质量的2.0%加入成型剂石蜡或PEG；球磨转速为63转/min，球磨时间为90～120小时；

(3)球磨后将料浆卸出，进行喷雾干燥；

(4)将喷雾干燥后的混合料进行压制；

(5)将压坯放入压力炉中，进行压力烧结，烧结温度为1320～1360°C，保温时间为40～80min，压力为70～95bar；获得WC晶粒度小于200纳米的硬质合金。