CN104451324A - 一种WCoB基金属陶瓷的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种WCoB基金属陶瓷的制备工艺，首先，原材料选择Co3B粉和W粉，重量比控制在(0.4-0.6)：(0.6-0.4)，并加入的过程控制剂，称重后装入球磨罐中并进行抽真空并充氩气，球磨15-35小时直接将Co3B粉和W粉混合体充填到金属模具中模压成型。最后，将模压成型坯体于真空等离子活化烧结炉中进行烧结，烧结温度为1100℃～1450℃，保温10-25分钟，随炉冷却后即得到WCoB基金属陶瓷。本发明制备工艺简单，成本低廉；所制备的WCoB基金属陶瓷可适用磨损、高温腐蚀等严酷工况。

Description

一种WCoB基金属陶瓷的制备工艺
技术领域
本发明涉及一种金属陶瓷的制备技术，特别涉及一种由硬质相(体积百分数约为60％-80％)和粘结相组成的金属陶瓷制备方法。
背景技术
当前，广泛使用的WC-Co金属陶瓷(亦称硬质合金)，在温度达到800℃时，其力学性能急剧下降，从而使材料的硬度迅速下降，因此在温度高于800℃的工作环境下，不能采用WC-Co金属陶瓷材料，另一方面，由于WC-Co使用了大量的贵金属W使其价格昂贵，因此所制备产品成本较高。国内外研究者或生产者试图寻找一种不仅适用高温磨损环境工况，且具有低成本优势的一类新型金属陶瓷。
WCoB基金属陶瓷(由硬质相WCoB和粘结相Co组成)不仅具有优异的综合性能，而且可在耐磨、高温腐蚀等领域进行应用，如切削刀具、岩石钻探、牙齿修复、矿石破碎机械等领域，是金属加工、矿山开釆、石油钻探、国防工业等不可缺少的重要工具材料之一。与传统用Wo-WC硬质合金相比，WCoB基金属陶瓷具有明显的性价比优势，因此，是替代Wo-WC金属陶瓷的理想材料。
关于WCoB基金属陶瓷的制备方法，中国专利CN101701311A提供了一种方案：采用TiB2粉、WC粉和Co粉为三元原材料并加入球磨介质进行湿磨混合(球磨时间为10-100小时)，然后外加混合料成型剂，再在球磨机中混合1-30小时，经造粒得到所需混合粉体，粉末经压制成型后在1250-1500℃烧结1-10小时，即可得到WCoB基金属陶瓷材料。首先，该方法所需原材料为三种组元，显然对粉体的混合均匀度有着严格的要求，否则在烧结过程中组元间无法扩散均匀，从而得不到合格的WCoB基金属陶瓷材料，还有所使用的三种原材料价格均较高会使制备成本明显增加。其次、该方法需要两个阶段的球磨处理显然制备周期明显增加，不利于大批量产业化推广使用。第三、该方法需要加入过程控制剂且还需造粒处理，同样会增加制备周期。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生产周期短且工艺较简单的WCoB基金属陶瓷的制备方法。
为了达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种WCoB基金属陶瓷的制备工艺，其特征在于，包括下述步骤：
(1)选用纯度不低于99％的Co3B粉和W粉为原料，按重量比Co3B：W＝(0.4-0.6)：(0.6-0.4)，加入混合粉体重量10-30％的无水乙醇，称重后装入球磨罐中并抽真空及充氩气；
(2)将球磨罐放入球磨机球磨时间15-35小时,取出混合粉体直接充填到金属模具中，在200-300MPa下模压成型；
(3)将模压成型的坯体放入真空等离子活化烧结炉中进行烧结，真空度为10-1Pa，烧结温度为1100℃～1450℃，保温10-25分钟，随炉冷却，得到WCoB基金属陶瓷。
上述工艺中，所述Co3B粉、W粉的粒度均≤200μm。所述真空球磨的真空度为10-1Pa。
所述步骤(3)烧结工序中的升温速度为5℃-10℃/秒。
本发明制备工艺简单，成本低廉；所制备的WCoB基金属陶瓷主要力学性能指标良好(最高抗弯强度达1670MPa，最高硬度达92.3HRA)。适用磨损、高温腐蚀等严酷工况。
附图说明
图1为本发明实施例1所制得的WCoB基金属陶瓷断口形貌SEM照片。
具体实施方式
实施例1
首先，原材料选择Co3B粉(纯度和粒度分别为：99％和200μm)和W粉(纯度和粒度分别为：99％和200μm)，重量比控制在0.4：0.6，并加入混合粉体总重量10％的过程控制剂无水乙醇，称重后装入不锈钢球磨罐中并进行抽真空(真空度为10-1Pa)并充氩气。
然后，将球磨罐放入球磨机中开机转动，在球磨15小时后，随罐体一同冷却至室温，打开罐体将Co3B粉和W粉混合体充填到金属模具中(无需烘干)，在200MPa下模压成型。
最后，将盛放Co3B粉和W粉的模压成型坯体的石墨模具一同放入真空等离子活化烧结炉中进行烧结，烧结时真空度为10-1Pa；烧结炉的升温速度为：10℃/秒；烧结温度为：1100℃，保温时间10分钟，烧结完毕后随烧结炉一同冷却。取出烧结体即为WCoB基金属陶瓷，对其进行性能测试，抗弯强度达1270MPa，硬度87.8HRA。其断口形貌SEM照片如图1所示。从图中可看出，WCoB硬质相与粘结相Co结合较理想，在断裂过程中有明显的杆状WCoB从粘结相Co中拔出现象，显然这对于提高其断裂强度具有明显积极意义。
实施例2
工艺过程基本同实施例1，但工艺参数有所不同：Co3B粉粒度为100μm；W粉粒度为50μm，重量比控制在0.6：0.4，加入混合粉体总重量30％的过程控制剂无水乙醇。
球磨时间35小时；模压成型压力300MPa。
烧结升温速度为5℃/秒；烧结温度1450℃，保温时间25分钟。本实施例制备的WCoB基金属陶瓷抗弯强度达1670MPa，硬度为硬度92.3HRA。
实施例3
工艺过程基本同实施例1，但工艺参数有所不同：Co3B粉粒度为150μm；W粉粒度为120μm，重量比控制在0.5：0.5，加入混合粉体总重量25％的过程控制剂无水乙醇。
球磨时间20小时；模压成型压力220MPa。
烧结升温速度为7℃/秒；烧结温度1250℃，保温时间15分钟。本实施例制备的WCoB基金属陶瓷抗弯强度达1430MPa，硬度为91.0HRA。

Claims (4)

1.一种WCoB基金属陶瓷的制备工艺，其特征在于，包括下述步骤：
(1)选用纯度不低于99％的Co3B粉和W粉为原料，按重量比Co3B：W＝(0.4-0.6)：(0.6-0.4)，加入混合粉体重量10-30％的无水乙醇，称重后装入球磨罐中并抽真空及充氩气；
(2)将球磨罐放入球磨机球磨时间15-35小时,取出混合粉体直接充填到金属模具中，在200-300MPa下模压成型；
(3)将模压成型的坯体放入真空等离子活化烧结炉中进行烧结，真空度为10-1Pa，烧结温度为1100℃～1450℃，保温10-25分钟，随炉冷却，得到WCoB基金属陶瓷。
2.如权利要求1所述的WCoB基金属陶瓷的制备工艺，其特征在于，所述Co3B粉、W粉的粒度均≤200μm。
3.如权利要求1所述的WCoB基金属陶瓷的制备工艺，其特征在于，所述真空球磨的真空度为10-1Pa。
4.如权利要求1所述的WCoB基金属陶瓷的制备工艺，其特征在于，所述步骤(3)烧结工序中的升温速度为5℃-10℃/秒。
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