CN104213012A - 双晶结构耐腐蚀硬质合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双晶结构耐腐蚀硬质合金及其制备方法。本发明的双晶结构耐腐蚀硬质合金由硬质相碳化钨（WC）及粘结相镍（Ni）作为基体组成，经配料、球磨、压制、烧结的制备方法制得。其中碳化钨（WC）为粗、细颗粒搭配，粗、细碳化钨（WC）的重量比为7:3。本发明的制备方法工艺简单、成本低廉，制备的双晶结构耐腐蚀硬质合金耐磨、耐冲击、耐腐蚀，综合性能良好，适合石油开采、水处理等领域应用。

Description

双晶结构耐腐蚀硬质合金及其制备方法

技术领域

本发明属于一种硬质合金及其制造方法，具体是一种双晶结构耐腐蚀硬质合金及其制备方法。

背景技术

目前，对于双晶结构硬质合金材质的开发已经有一定的基础，包括单纯改变双晶配比来获得优异综合性能或辅以添加少量的碳化铬等微量元素的碳化物来提高WC-Co硬质合金的综合性能及耐腐蚀性能。如专利号为201010210967的中国专利“非均匀硬质合金及其制备方法”和专利号为200710035295的中国专利“一种非均匀结构硬质合金的制备方法”均采用单纯改变双晶配比来获得优异综合性能。专利号为200810143384中国专利“一种双晶耐腐蚀的硬质合金材料及其制造方法”则辅以添加少量的碳化铬来提高WC-Co硬质合金的综合性能及耐腐蚀性能。

上述的硬质合金材料所生产的合金产品一般用于铲雪片、球齿、复合片等，适合应用于普通的使用环境（空气）下，其使用过程偏重于要求具备较好的硬度与强度的综合性能，对耐腐蚀性能要求并不严格。由于钴（Co）作为粘接剂的硬质合金有着先天缺陷——耐腐性差，虽然通过少量添加碳化铬能够在一定程度上改善合金的耐腐蚀性能，但一方面由于碳化铬的分布无法达到绝对均匀，另一方面其添加量一般低于1.0%，所以碳化铬的添加无法从根本上解决硬质合金的耐腐蚀性差的问题，限制了其在一定腐蚀性环境下的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可在腐蚀性环境下应用的双晶结构耐腐蚀硬质合金材质及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

通过采用本身具备优异耐腐蚀性能的镍（Ni）作为硬质合金的粘结相，在其基础上，搭配粗、细颗粒的碳化钨（WC），根据“最大堆积密度与粉末颗粒直径比值的关系”理论，选择费氏粒度比为7:1的粗、细两种碳化钨（WC），经配料、球磨、压制、烧结的制备方法制成双晶结构耐腐蚀硬质合金。具体方案是：

所述的双晶结构耐腐蚀硬质合金由硬质相碳化钨（WC）及粘结相镍（Ni）作为基体组成；其中，粘结相镍（Ni）的含量为6～8%。

所述的硬质相碳化钨（WC）由两种不同费氏粒度的粗、细颗粒搭配而成；粗、细两种碳化钨（WC）的费氏粒度比为7:1；粗、细碳化钨的重量比为7:3。

所述粗碳化钨的粒度为费氏粒度5.0～6.0μm，细碳化钨的粒度为费氏粒度0.7～0.9μm。

所述双晶结构耐腐蚀硬质合金的重量配比为：费氏粒5.0～6.0μm的碳化钨粉64～66份、费氏粒度为0.7～0.9μm的碳化钨粉27～29份、镍粉6～8份、石蜡1～2.5份、硬脂酸0.05～0.15份。

所述双晶结构耐腐蚀硬质合金的制备方法，包括以下具体步骤:

步骤一配料

将比例为7:3的研磨态费氏粒度5.0～6.0μm和0.7～0.9μm的两种碳化钨粉末及-300目镍粉按重量配比混合；

步骤二球磨

在上述配料中加入己烷、石蜡、硬脂酸后一起进行滚动球磨，球磨时间16～24小时；

步骤三压制

将配成的含6～8%镍的混合料料过滤干燥后喷雾制粒，再通过压机压制成型，压制压力180～200MPa，制得合金半成品毛坯；

步骤四烧结

将制得的合金半成品毛坯放置在氢气载气脱蜡——低压烧结一体炉中脱除成型剂及高温烧结，烧结温度1460～1500℃；保温时间90min；在烧结温度冲入氩气进行低压处理，压力3～5MPa。

所述制备方法的步骤二中，球料比为4:1。

综上所述，本发明的有益效果在于：

1、采用镍作为硬质合金的粘结相，避免了因使用传统金属钴作为粘结相而导致硬质合金耐腐蚀性能差的问题；

2、制备的双晶硬质合金耐磨、耐冲击、耐腐蚀，综合性能良好。

3、不添加任何昂贵元素，不存在因微量元素分布不均匀而造成合金性能差的问题。

4、制备方法简单，无需增加原材料投资，成本低廉。

具体实施方式

本发明的双晶结构耐腐蚀硬质合金由硬质相碳化钨（WC）及粘结相镍（Ni）作为基体组成。其中，粘结相镍（Ni）的含量为6～8%，在其基础上，通过系列实验对比，选择费氏粒度比为7:1的粗、细两种碳化钨（WC），按照重量比为7:3的比例搭配。粗碳化钨（WC）费氏粒度为5.0～6.0μm，细碳化钨（WC）费氏粒度为0.7～0.9μm。

硬质合金的重量配比为：费氏粒度为5.0～6.0μm的碳化钨粉64～66份、费氏粒度为0.7～0.9μm的碳化钨粉27～29份、镍粉6～8份、石蜡1～2.5份、硬脂酸0.05～0.15份。

本发明的制备方法是直接用球磨的工艺方法制备双晶耐腐蚀硬质合金，将碳化钨粉末、镍粉按一定的重量比例配比，加入成型剂石蜡、助磨剂硬脂酸后在己烷介质中混合球磨，球磨后的混合料过滤干燥后喷雾制粒，再通过模压成型，将半成品放置在氢气载气脱蜡——低压烧结一体炉加压烧结，其具体步骤如下：

步骤一配料

将比例为7:3的研磨态费氏粒度5.0～6.0μm和0.7～0.9μm的两种碳化钨粉末及-300目镍粉按重量配比混合；

步骤二球磨

在上述配料中按每公斤混合料加入己烷200ml、成型剂石蜡1～2.5份、助磨剂硬脂酸0.05～0.15份，然后一起进行滚动球磨，球磨时间16～24小时；球料比4:1。

步骤三压制

将配成的含6～8%镍的混合料过滤干燥后喷雾制粒，再通过道斯特压机压制成型，压制压力180～200MPa，制得合金半成品毛坯；

步骤四烧结

将制得的合金半成品毛坯放置在氢气载气脱蜡——低压烧结一体炉脱除成型剂及高温烧结，烧结温度1460～1500℃；保温时间90min；在烧结温度冲入氩气进行低压处理，压力3～5MPa。

下面，结合具体实施例对本发明的双晶耐腐蚀硬质合金及其制备方法作进一步描述：

实施例1

在本实施例中，双晶耐腐蚀硬质合金的具体配比为：费氏粒度为5.0μm的粗碳化钨粉66份；费氏粒度为0.7μm的细碳化钨粉28份、镍粉6份，计总量100份。再额外加入石蜡1份、硬脂酸0.05份。

制备方法的具体步骤如下：

步骤一配料

将比例为7:3的研磨态费氏粒度5.0μm和0.7μm的两种碳化钨粉末及-300目镍粉按上述重量配比混合；

步骤二球磨

在上述配料中按每公斤混合料加入己烷200ml、石蜡1份、硬脂酸0.05份放入硬质合金球磨桶中一起进行滚动球磨，球磨球为Φ10mm的YG6硬质合金球，球料比4:1，球磨时间16小时；

步骤三压制

将配成的含6%镍的混合料过滤干燥后喷雾制粒，再通过道斯特压机压制成型，压制压力200MPa，制得合金半成品毛坯；

步骤四烧结

将制得的合金半成品毛坯放置在氢气载气脱蜡——低压烧结一体炉脱除成型剂及高温烧结，烧结温度1500℃；保温时间60min；在烧结温度冲入氩气进行低压处理，压力5MPa。

实施例2

在本实施例中，双晶耐腐蚀硬质合金的具体配比为：费氏粒度为5.5μm的粗碳化钨粉64份；费氏粒度为0.8μm的细碳化钨粉29份、镍粉7份，计总量100份。再额外加入石蜡1.5份、硬脂酸0.10份。

制备方法的具体步骤如下：

步骤一配料

将比例为7:3的研磨态费氏粒度5.5μm和0.8μm的两种碳化钨粉末及-300目镍粉按上述重量配比混合；

步骤二球磨

在上述配料中按每公斤混合料加入己烷200ml、石蜡1.5份、硬脂酸0.10份放入硬质合金球磨桶中一起进行滚动球磨，球磨球为Φ10mm的YG6硬质合金球，球料比4:1，球磨时间20小时；

步骤三压制

将配成的含7%镍的混合料过滤干燥后喷雾制粒，再通过道斯特压机压制成型，压制压力190MPa，制得合金半成品毛坯；

步骤四烧结

将制得的合金半成品毛坯放置在氢气载气脱蜡——低压烧结一体炉脱除成型剂及高温烧结，烧结温度1480℃；保温时间90min；在烧结温度冲入氩气进行低压处理，压力4MPa。

实施例3

在本实施例中，双晶耐腐蚀硬质合金的具体配比为：费氏粒度为6.0μm的粗碳化钨粉65；费氏粒度为0.9μm的细碳化钨粉27份、镍粉8份，计总量100份。再额外加入石蜡2.5份、硬脂酸0.15份。

制备方法的具体步骤如下：

步骤一配料

将比例为7:3的研磨态费氏粒度6.0μm和0.9μm的两种碳化钨粉末及-300目镍粉按上述重量配比混合；

步骤二球磨

在上述配料中按每公斤混合料加入己烷200ml、石蜡2.5份、硬脂酸0.15份放入硬质合金球磨桶中一起进行滚动球磨，球磨球为Φ10mm的YG6硬质合金球，球料比4:1，球磨时间24小时；

步骤三压制

将配成的含8%镍的混合料过滤干燥后喷雾制粒，再通过道斯特压机压制成型，压制压力180MPa，制得合金半成品毛坯；

步骤四烧结

将制得的合金半成品毛坯放置在氢气载气脱蜡——低压烧结一体炉脱除成型剂及高温烧结，烧结温度1460℃；保温时间90min；在烧结温度冲入氩气进行低压处理，压力3MPa。

采用上述方法制备的双晶结构耐腐蚀硬质合金，平均晶粒度1.6～2.4μm，硬度达HRA90.5，抗弯强度≥2500MPa，孔隙度A04B00C00，密度14.85～15.00g/cm³，物理力学综合性能优异，在以氧化铝水混合液为介质的实验条件下，其磨粒磨损体积损失可低至7.56cm³/100000r。本发明的双晶硬质合金耐磨、耐冲击、耐腐蚀，生产过程工艺简单，成本低廉，可应用于石油开采、水处理等领域。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，在本说明书中公开的所有特征、所有方法或步骤并不局限于上述的具体实施方式。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种双晶结构耐腐蚀硬质合金，其特征在于：所述的双晶结构耐腐蚀硬质合金由硬质相碳化钨（WC）及粘结相镍（Ni）作为基体组成；其中，粘结相镍（Ni）的含量为6～8%。

2.按照权利要求1所述的双晶结构耐腐蚀硬质合金，其特征在于：所述的硬质相碳化钨（WC）由两种不同费氏粒度的粗、细颗粒搭配而成；粗、细两种碳化钨（WC）的费氏粒度比为7:1；粗、细碳化钨的重量比为7:3。

3.按照权利要求2所述的双晶结构耐腐蚀硬质合金，其特征在于：所述粗碳化钨的粒度为费氏粒度5.0～6.0μm，细碳化钨的粒度为费氏粒度0.7～0.9μm。

4.按照权利要求1或2或3所述的双晶结构耐腐蚀硬质合金，其特征在于：所述硬质合金的重量配比为：费氏粒度为5.0～6.0μm的碳化钨粉64～66份、

费氏粒度为0.7～0.9μm的碳化钨粉27～29份、镍粉6～8份、石蜡1～2.5份、硬脂酸0.05～0.15份。

5.一种双晶结构耐腐蚀硬质合金的制备方法，其特征在于：所述双晶结构耐腐蚀硬质合金制备方法，包括以下具体步骤:

步骤一配料

将比例为7:3的研磨态费氏粒度5.0～6.0μm和0.7～0.9μm的两种碳化钨粉末及-300目镍粉按重量配比混合；

步骤二球磨

在上述配料中加入己烷、石蜡、硬脂酸后一起进行滚动球磨，球磨时间16～24小时；

步骤三压制

将配成的含6～8%镍的混合料料过滤干燥后喷雾制粒，再通过压机压制成型，压制压力180～200MPa，制得合金半成品毛坯；

步骤四烧结

将制得的合金半成品毛坯放置在氢气载气脱蜡——低压烧结一体炉中脱除成型剂及高温烧结，烧结温度1460～1500℃；保温时间90min；在烧结温度冲入氩气进行低压处理，压力3～5MPa。

6.按照权利要求5所述的双晶结构耐腐蚀硬质合金的制备方法，其特征在于：所述制备方法的步骤二中，球料比为4:1。