CN104004952A

CN104004952A - 一种钛基硬质合金及其制备方法

Info

Publication number: CN104004952A
Application number: CN201410254152.4A
Authority: CN
Inventors: 何安西; 穆天柱; 邓斌
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2014-06-10
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2034-06-10
Also published as: CN104004952B

Abstract

本发明提供了一种钛基硬质合金及其制备方法。所述方法包括：将6～35份的粘结相金属与65～94份的硬质相碳化物形成混合料；加入成形剂，进行球磨；干燥；成形为压坯；在真空或惰性气体保护下于1450℃～1680℃烧结压坯，得到钛基硬质合金。所述钛基硬质合金的成分按质量百分比计由6～35％的粘结相金属与65～94％的硬质相碳化物构成，粘结相金属由占钛基硬质合金总质量的0.1～2％的钼、铌、铬、铝和钒中的一种或几种以及余量的钛构成，硬质相碳化物为碳化钛和/或碳化钒。本发明具有良好的耐腐蚀性、耐磨性且成本低，适于制作密封和耐磨零件。

Description

一种钛基硬质合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及钛合金制备技术领域，具体来讲，涉及一种制备钛基硬质合金的方法，以及一种通过该方法得到的钛基硬质合金。

背景技术

目前，随着我国石油化工行业的迅速发展，硬质合金已大量用于机械密封摩擦副材料，为机械密封在高PV值下的应用创造了条件。由于机械密封的工况条件相当复杂，例如：耐腐蚀、耐高温、超高压、超高速、防辐射以及在腐蚀介质中的抗颗粒磨损等，使一般硬质合金难以完全适应上述复杂工况。为此，人们针对机械密封的具体使用条件，研制、开发多种类型的硬质合金新材料，在满足技术要求的前提下，努力降低材质成本、或以同样的成本获得更高的技术性能，得以最大限度地发挥材质的技术经济优势。

一般来讲，硬质合金是通常包括钴、镍等金属或合金，其虽然具有一系列优良性能，如硬度高，耐磨性能好，很高的抗压强度和弹性模量，较小的热膨胀系数和良好的导热性能，使其在现代工具材料，耐磨材料和耐高温材料等方面占据重要地位；但是，该硬质合金由于含有钴、镍等而易受化学介质浸蚀，从而导致硬质合金的结构脆弱，甚至在磨损机制作用下造成晶粒剥落，致使硬质合金制品急剧腐蚀、磨损。因此，该硬质合金不能在耐蚀、耐磨的工况条件下广泛使用。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的包括上述不足中的至少一项问题。

例如，本发明的目的之一在于提供一种耐腐蚀性优于钴、镍基硬质合金的钛基硬质合金。本发明的另一目的在于提供一种低成本、耐腐蚀性好、耐磨性好的钛基硬质合金及其制备方法。

本发明的一方面提供了一种钛基硬质合金的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：将按质量计6～35份的粘结相金属与65～94份的硬质相碳化物混合，形成混合料，其中，粘结相金属由0.1～2份的钼、铌、铬、铝和钒中的一种或几种以及余量的钛混合而成，硬质相碳化物为碳化钛和/或碳化钒；向所述混合料中加入成形剂，进行球磨；对球磨后的混合料进行干燥；将干燥后的混合料成形为压坯；烧结压坯，得到钛基硬质合金，其中，烧结步骤在真空或惰性气体保护下进行，烧结温度为1450℃～1680℃。

本发明的另一方面提供了一种钛基硬质合金。所述钛基硬质合金的成分按质量百分比计由6～35％的粘结相金属与65～94％的硬质相碳化物构成，其中，粘结相金属由占钛基硬质合金总质量的0.1～2％的钼、铌、铬、铝和钒中的一种或几种以及余量的钛构成，硬质相碳化物为碳化钛和/或碳化钒。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：在氧化性的酸、碱介质中的耐腐蚀性能明显优于目前市场上的钴、镍、铁基硬质合金；制造成本远低于钴基、镍基硬质合金；耐磨性好，在密封和耐磨零件领域具有广泛的应用前景。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的钛基硬质合金及其制备方法。

在本发明的一个示例性实施例中，钛基硬质合金的制备方法由配料、混合球磨、干燥、成形和烧结的步骤构成，其中：

(1)配料

将按质量计6～35份的粘结相金属与65～94份的硬质相碳化物混合，形成混合料。其中，粘结相金属可以由0.1～2份的钼、铌、铬、铝和钒的一种或几种以及余量的钛构成。例如，粘结相金属可以由0.1～2份的钼粉、铌粉、铬粉、铝粉和钒粉的一种或几种以及余量的钛粉构成，粘结相金属中的钼、铌、铬、铝和钒以及钛也可以为合金粉的形式，例如，铝钒合金粉、钛铝钒合金粉等。硬质相碳化物可以为碳化钛粉末和/或碳化钒粉末，也可以为碳化钒钛复合物的粉末。

优选地，混合料可以由15～24份的粘结相金属与76～85份的硬质相碳化物构成。粘结相金属可以由0.8～1.4份的钼粉、铌粉、铬粉、铝粉和钒粉的一种或几种以及余量的钛粉混合而成。

(2)混合球磨

向混合料中加入成形剂，进行球磨。具体来讲，向按照上述配料步骤形成的混合料粉末中加入成形剂(例如，石蜡或橡胶等)和研磨介质(例如，无水乙醇、硬质合金球等)，装入球磨机中进行球磨混合。

(3)干燥

对球磨后的混合料进行干燥处理。具体来讲，干燥球磨混合后的料粉，并去除其中的研磨介质。

(4)成形

将干燥后的混合料成形为压坯。例如，可以通过模压或等静压成形等方式将料粉成形为压坯。此外，成形的步骤还可以包括：先将干燥好的混合料粉经过擦筛制粒，以形成供压坯使用的物料颗粒的步骤。

(5)烧结

烧结压坯，得到钛基硬质合金。其中，烧结步骤在真空或惰性气体保护下进行，烧结温度为1450℃～1680℃。例如，对压坯进行真空烧结，其中，真空烧结温度为1450℃～1660℃，优选地，可以为1510℃～1590℃，烧结时间可以为0.5～3小时，真空度可以为1×10^-2MPa～1×10^-4MPa；或在惰性气体(例如，氩气)保护条件下，对压坯进行烧结，烧结温度可以为1460℃～1680℃，优选地，可以为1520℃～1600℃，氩气的压力为大于35Pa的正压，烧结时间可以为0.5～3小时。

在本发明的另一个示例性实施例中，钛基硬质合金可以由上述制备方法得到。例如，钛基硬质合金的成分按质量百分比计可以由6～35％的粘结相金属与65～94％的硬质相碳化物构成，其中，粘结相金属由占钛基硬质合金总质量的0.1～2％的钼、铌、铬、铝和钒的一种或几种以及余量的钛构成，硬质相碳化物为碳化钛和/或碳化钒。优选地，钛基硬质合金可以由15～24％的粘结相金属与76～85％的硬质相碳化物构成。粘结相金属可以由占钛基硬质合金总质量的0.8～1.4％的钼、铌、铬、铝和钒的一种或几种以及余量的钛混合而成。

本发明的钛基硬质合金是一个钛基硬质合金系列，例如，钛基硬质合金可以由10％的粘结相金属以及余量的硬质相碳化物构成；也由15％的粘结相金属以及余量的硬质相碳化物构成；同样也可以由30％的粘结相金属以及余量的硬质相碳化物构成。也就是说，钛基硬质合金中粘结相金属的重量百分数，可以在6～35％区间内根据用途来选定，并与余量的硬质相钒、钛碳化物组成一系列的钛基硬质合金牌号。钛基硬质合金中的硬质相碳化物可以由碳化钛、碳化钒中的一种或两种按用途以任意比例的混合而成。例如，硬质相碳化物可以由20～50％碳化钛和余量的碳化钒构成，当然，也可以由占20～50％碳化钒和余量的碳化钛构成。

本发明的钛基硬质合金及其制备方法的优点包括以下方面：

(1)本发明能够提供一种新型的钛基硬质合金系列，其不同于现有的钴基、镍基硬质合金系列和一般的钛基复合材料；

(2)本发明的钛基硬质合金在氧化性的酸、碱介质中的耐腐蚀性能，明显优于目前市场上的钴、镍、铁基硬质合金等商品硬质合金；

(3)本发明的钛基硬质合金的制造成本远低于钴基、镍基硬质合金；

(4)本发明的钛基硬质合金中，粘结相金属对硬质相碳化物具有很好的润湿性，利于液相烧结，克服了钴、镍合金对碳化钛润湿不好的难题。

下面给出根据本发明的上述示例性实施例的制备方法的几个具体示例，以进一步说明本发明。

示例1

取80克的粒度小于45μm的钛粉、4克铌粉、920克碳化钛粉，加入球磨罐中，再加入石蜡成形剂、硬质合金球研磨介质，进行混合球磨，然后经干燥、擦筛制粒、成形、脱蜡、烧结成钛基硬质合金。试样尺寸：10×10×50毫米，真空烧结温度为1580℃，烧结时间1.5小时，真空度1×10^-4MPa。获得钛基硬质合金。

表1示出了示例1的钛基硬质合金与钴基硬质合金(钴含量为约为8％)的耐蚀性比较情况。显然，本发明的钛基硬质合金的耐腐蚀性能优于钴基硬质合金的耐腐蚀性能。

示例1钛基硬质合金与钴基硬质合金的腐蚀性能比较(克/m²·h)

示例2

取150克的粒度小于45μm的Ti-6Al-4V合金粉、595克碳化钛粉、255克碳化钒粉，加入球磨罐中，再加入石蜡成形剂、研磨介质，进行混合球磨，然后经干燥、擦筛制粒、成形、烧结成钛基硬质合金。试样尺寸：10×10×50毫米，在氩气保护下烧结，烧结温度为1520℃，烧结时间2.0小时，氩气保持正压大于35Pa。获得钛基硬质合金。

综上所述，本发明的钛基硬质合金具有极好的耐磨、耐腐蚀性能和更低的制造成本，在密封和耐磨零件领域具有广泛的应用前景。

尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims

1.一种钛基硬质合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

将按质量计6～35份的粘结相金属与65～94份的硬质相碳化物混合，形成混合料，其中，粘结相金属由0.1～2份的钼、铌、铬、铝和钒中的一种或几种以及余量的钛混合而成，硬质相碳化物为碳化钛、碳化钒和碳化钒钛复合物中的至少一种；

向所述混合料中加入成形剂，进行球磨；

对球磨后的混合料进行干燥；

将干燥后的混合料成形为压坯；

烧结压坯，得到钛基硬质合金，其中，烧结步骤在真空或惰性气体保护下进行，烧结温度为1450℃～1680℃。

2.根据权利要求1所述的钛基硬质合金的制备方法，其特征在于，所述混合料由15～24份的粘结相金属与76～85份的硬质相碳化物构成。

3.根据权利要求1所述的钛基硬质合金的制备方法，其特征在于，所述粘结相金属由0.8～1.4份的钼、铌、铬、铝和钒中的一种或几种以及余量的钛混合而成。

4.根据权利要求1所述的钛基硬质合金的制备方法，其特征在于，所述烧结压坯的步骤的烧结时间为0.5～3小时。

5.根据权利要求1所述的钛基硬质合金的制备方法，其特征在于，所述真空的真空度为1×10^-2MPa～1×10^-4MPa；所述惰性气体的压力大于35Pa的正压，惰性气体保护下的烧结温度为1520℃～1600℃。

6.一种钛基硬质合金，其特征在于，所述钛基硬质合金的成分按质量百分比计由6～35％的粘结相金属与65～94％的硬质相碳化物构成，其中，粘结相金属由占钛基硬质合金总质量的0.1～2％的钼、铌、铬、铝和钒中的一种或几种以及余量的钛构成，硬质相碳化物为碳化钛和/或碳化钒。

7.根据权利要求6所述的钛基硬质合金，其特征在于，所述钛基硬质合金由15～24％的粘结相金属与76～85％的硬质相碳化物构成。

8.根据权利要求6所述的钛基硬质合金，其特征在于，所述粘结相金属由占钛基硬质合金总质量的0.8～1.4％的钼、铌、铬、铝和钒中的一种或几种以及余量的钛混合而成。