CN104611600B - 一种超粗硬质合金的制备方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种超粗硬质合金的制备方法，可制备出晶粒度8‑10μm的超粗硬质合金，具体步骤如下：按一定质量比准备HCP值为2.0‑3.5KA/m的WC粉末和Fsss粒度为1.5‑2.5μm的Co粉末作为原料；将准备的原料装入球磨进行湿磨；将磨制好的合金进行干燥后压制成型；将压制成型的合金进行烧结，得到晶粒度8‑10μm的超粗硬质合金。该方法无需对WC粉末进行预处理，减少了钴涂覆等工序，制备工艺简单易控制。

Description

一种超粗硬质合金的制备方法和系统

技术领域

本发明涉及一种超粗硬质合金的制备方法和系统，属于硬质合金技术领域，更具体地，涉及一种矿用钻头超粗硬质合金的制备方法和系统。

背景技术

近年来，随着硬质合金应用领域的不断扩展，硬质合金材质朝着超粗和超细两个方向发展，超粗硬质合金已广泛应用于矿用凿岩工具、轧辊和冲压模具领域。

超粗硬质合金是指WC平均晶粒度大于5.0μm的硬质合金。超粗硬质合金的常规制备方法是对超粗颗粒WC粉末进行喷射分散和分级筛分，然后对WC进行钴涂覆，不经球磨，直接加成型剂，然后压制、烧结成硬质合金。

现有技术存在工序繁杂、工艺控制要求高、产品质量不稳定等不足。

中国专利申请No.201210453512.4公开了一种表面具有超粗晶粒的硬质合金的制备方法，其包括下述步骤：第一步：配料、混料配制总碳量比平衡碳量低0.2-0.7wt％的硬质合金，湿磨，制粒，干燥；第二步：冷压、脱蜡向第一步所得粉末中添加成型剂，混合均匀后冷压成型；在氢气氛中加热至850-950℃排除成形剂，得到预制硬质合金；第三步：渗碳烧结处理，将预制硬质合金埋在石墨颗粒中或者置于压力为0.1-2MPa的烷基气体气氛中，在氢气气氛保护环境下加热渗碳烧结，随炉冷却至常温后出炉；渗碳烧结温度为1400-1500℃，保温时间1-4h。因此，其烧结方式是两次烧结，先得到预硬质合金，然后再渗碳烧结成最终合金。

中国专利申请No.201110035634.7公开了一种柔性球磨技术制备超粗晶硬质合金的方法，其先将超粗WC粉和Co粉预混合，WC粉费氏粒度18.0-22.0μm，时间0.5-2h，转速6-12rpm；再将预混合粉进行轻度球磨，并添加液体研磨介质和成型剂，研磨球材质为WC-Co硬质合金，直径φ6-10mm，球磨时间8-24h，球料比1.5-3.0:1，转速20-55％临界转速；然后，将球磨机内的料浆卸出，采用喷雾干燥制取混合料，随后压制成型，在1390-1500℃温度下烧结，制取的超粗晶硬质合金的晶粒度6.0-10.0μ。因此，其技术方案需要先预混合，再湿磨。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种超粗硬质合金的制备方法，其不需要对WC原料进行预处理，工艺简单，可制备出抗冲击性能优异的晶粒度8-10μm的超粗硬质合金。

本发明的另一个目的是提供一种超粗硬质合金的制备系统，其不需要对WC原料进行预处理，简化工艺，可用于制备抗冲击性能优异的超粗硬质合金。

为此，根据本发明的一个方面，提供了一种超粗硬质合金的制备方法，步骤如下：

按一定质量比准备HCP值为2.0-3.5KA/m的WC粉末和Fsss粒度为1.5-2.5μm的Co粉末作为原料；

将准备的原料装入球磨设备进行湿磨；

将磨制好的合金进行干燥后压制成型；

将压制成型的合金进行烧结，得到晶粒度8-10μm的超粗硬质合金。

优选地，球磨采用的工艺条件为球料比1:1-2:1，球磨时间8-16h。

优选地，所述干燥采用真空干燥。

优选地，温度优选85-95℃。

优选地，烧结采用的烧结温度为1450-1550℃，烧结时间1-2h。

优选地，HCP值为2.0-3.5KA/m的WC粉末和Fsss粒度为1.5-2.5μm的Co粉末质量比为90.5:9.5。

根据本发明的另外一个方面，提供了一种超粗硬质合金的制备系统，该系统包括：

球磨设备，其具有WC粉末进料器和Co粉末原料进料器，WC粉末进料器设有控制范围至少为2.0-3.5KA/m的HCP值控制器，Co粉末原料进料器设有控制范围至少为1.5-2.5μm的Fsss粒度控制器；

干燥设备，其设置在球磨处理的下游，与球磨处理连通；

压制成型设备，其设置在干燥设备的下游，与干燥设备连通；

烧结设备，其设置在压制成型设备的下游，与压制成型设备连通；

超粗硬质合金产品容器，其设置在烧结设备的下游，与烧结设备连通。

优选地，还设有WC粉末和Co粉末原料的质量比控制器，球磨设备1还具有球料比为1:1–2:1的球料比控制器，和/或，球磨设备还具有球磨时间为8-16h的球磨时间控制器。

优选地，所述干燥设备是真空干燥设备，所述干燥设备还具有干燥温度为85-95℃的干燥温度控制器，所述烧结设备还具有烧结温度为1450-1550℃的烧结温度控制器，和/或，所述烧结设备还具有烧结时间为1-2h的烧结时间控制器。

优选地，还设有总控制器，该总控制器与质量比控制器、球料比控制器、球磨时间控制器、干燥温度控制器、烧结温度控制器、烧结时间控制器电连通。

根据本发明，无需再对WC粉末进行预处理，省去了钴涂覆等工序，制备工艺明显简化；本发明通过调整球磨工艺，烧结工艺来实现8-10μm超粗硬质合金的生产，设备简单，工艺控制方便，生产成本显著降低。

根据本发明，仅仅经过一次烧结，就可直接从压坯烧结成最终合金，且脱蜡温度为300-400℃，因此，本发明工艺更为简化。

根据本发明，根本不用预混合，就可直接把所有原料按比例称取后装入球磨机进行湿磨，本发明的工艺被简化了。

另外，本发明的原料采用Fsss粒度30um以上、HCP值2.5-3.5之间的WC，真空干燥设备简单，成本较低，操作较方便，有利于灵活生产。

根据本发明，采用HCP值为2.0-3.5KA/m的WC粉末为原料，不需要再对WC原料进行预处理，减少了工序。

现有技术中，为了达到生产目的，本领域的技术人员在工艺过程方面进行了多种多样的研发，但技术路线复杂、技术效果一直不够理想。况且，工艺过程中的每道工序都涉及众多的技术参数，选择一组足够优化的技术参数组合在实践中并不是有限此的实验可以获得的。

本发明克服了以上仅仅在工艺过程中寻找解决方案的传统技术偏见，另辟蹊径，从设定原料的初始性质入手，以HCP值为2.0-3.5KA/m的WC粉末为原料，后续的工艺流程和工艺控制都变得容易实施了，通过配料、球磨、干燥、压制、烧结，可以稳定地制备出晶粒度8-10μm的超粗硬质合金。

本发明从设定原料的初始性质入手，以HCP值为2.0-3.5KA/m的WC粉末为原料，已经超出了本领域的技术人员的认知能力和技术水平。

附图说明

图1是根据本发明的超粗硬质合金的制备系统结构示意图。

图2是根据本发明实施例1的超粗硬质合金金相结构图。

具体实施方式

如图1所示，根据本发明的超粗硬质合金的制备系统包括球磨设备1、真空干燥设备2、压制成型设备3和烧结设备4。

本发明提供了一种超粗硬质合金的制备系统，该系统包括：

球磨设备1，其具有HCP值为2.0-3.5KA/m的WC粉末进料器11和Fsss粒度为1.5-2.5μm的Co粉末原料进料器12；

干燥设备2，其设置在球磨处理1的下游，与球磨处理1连通；

压制成型设备3，其设置在干燥设备2的下游，与干燥设备2连通；

烧结设备4，其设置在压制成型设备3的下游，与压制成型设备3连通；

超粗硬质合金产品容器5，其设置在烧结设备4的下游，与烧结设备4连通。

优选地，还设有WC粉末和Co粉末原料的质量比控制器13。

优选地，球磨设备1还具有球料比为1:1–2:1的球料比控制器14。

优选地，球磨设备1还具有球磨时间为8-16h的球磨时间控制器15。

优选地，所述干燥设备2是真空干燥设备，

优选地，所述干燥设备2还具有干燥温度为85-95℃的干燥温度控制器21。

优选地，所述烧结设备4还具有烧结温度为1450-1550℃的烧结温度控制器41。

优选地，所述烧结设备4还具有烧结时间为1-2h的烧结时间控制器42。

优选地，设有总控制器100，用于控制质量比控制器13、球料比控制器14、球磨时间控制器15、干燥温度控制器21、烧结温度控制器41、烧结时间控制器42。

实施例1

一种超粗硬质合金的制备方法：以HCP值为2.0-3.5KA/m的WC粉末、Fsss粒度为1.5-2.5μm的Co粉末为原料，按90.5:9.5的质量比配制，用球磨设备1进行球磨，球料比2:1，球磨时间10h，然后，采用真空干燥设备2进行干燥，干燥温度90℃，再经过压制成型设备3压制成标准样品，然后放入烧结设备4进行烧结，烧结温度1450℃，烧结时间1h。制备出晶粒度10μm的超粗硬质合金。

实施例2

一种超粗硬质合金的制备方法。以HCP值为2.0-3.5KA/m的WC粉末、Fsss粒度为1.5-2.5μm的Co粉末为原料，按90.5：9.5的质量比配制，用普通湿磨机球磨，球料比2：1，球磨时间14h，然后真空干燥，干燥温度90℃，再压制成标准样品，脱腊温度370℃，烧结温度1450℃，烧结时间1h。通过本实施例可制备出晶粒度8μm，强度2900MPa的超粗硬质合金。

实施例3

一种超粗硬质合金的制备方法。以HCP值为2.0-3.5KA/m的WC粉末、Fsss粒度为1.5-2.5μm的Co粉末为原料，按90.5：9.5的质量比配制，用普通湿磨机球磨，球料比2：1，球磨时间14h，然后真空干燥，干燥温度90℃，再压制成标准样品，脱腊温度370℃，烧结温度1500℃，烧结时间1h。通过本实施例可制备出晶粒度8.5μm，强度2950MPa的超粗硬质合金。

实施例4

一种超粗硬质合金的制备方法。以HCP值为2.0-3.5KA/m的WC粉末、Fsss粒度为1.5-2.5μm的Co粉末为原料，按90.5：9.5的质量比配制，用普通湿磨机球磨，球料比2：1，球磨时间14h，然后真空干燥，干燥温度90℃，再压制成标准样品，脱腊温度370℃，烧结温度1550℃，烧结时间1h。通过本实施例可制备出晶粒度9.4μm，强度2800MPa的超粗硬质合金。

实施例5

一种超粗硬质合金的制备方法。以HCP值为2.0-3.5KA/m的WC粉末、Fsss粒度为1.5-2.5μm的Co粉末为原料，按90.5：9.5的质量比配制，用普通湿磨机球磨，球料比2：1，球磨时间14h，然后真空干燥，干燥温度90℃，再压制成标准样品，脱腊温度370℃，烧结温度1500℃，烧结时间1.5h。通过本实施例可制备出晶粒度9.5μm，强度2900MPa的超粗硬质合金。

本发明提供了一种超粗硬质合金的制备系统，该系统包括：

球磨设备：将一定质量比的HCP值为2.0-3.5KA/m的WC粉末和Fsss粒度为1.5-2.5μm的Co粉末原料装入该球磨设备进行湿磨；

干燥设备：将经过球磨处理的合金进行干燥；

压制成型设备：将干燥后的合金压制成型；

烧结设备：将压制成型的合金进行烧结，得到晶粒度8-10μm的超粗硬质合金。

优选地，球磨采用的工艺条件为球料比1:1-2:1，球磨时间8-16h。

优选地，干燥设备优选采用真空干燥设备，温度优选85-95℃。

优选地，烧结采用的烧结温度为1450-1550℃，烧结时间1-2h。

Claims (6)

1.一种制备超粗硬质合金的方法，其特征在于，包括：

无需再对WC粉末进行预处理，省去钴涂覆工序，按质量比90.5 : 9.5准备HCP值为2.0-3.5KA/m的WC粉末和Fsss粒度为1.5-2.5μm的Co粉末作为原料；

将准备的原料装入球磨设备进行湿磨，所述球磨采用的工艺条件为球料比1:1 - 2:1，球磨时间8-16小时；

将磨制好的合金进行干燥后压制成型，所述干燥采用85-95℃真空干燥；以及

将压制成型的合金从压坯进行仅仅一次烧结直接变成最终合金，得到晶粒度8-10μm的超粗硬质合金。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烧结采用的烧结温度为1450-1550℃，烧结时间1-2小时。

3.一种采用如权利要求1-2其中之一所述的超粗硬质合金的制备方法的超粗硬质合金的制备系统，其特征在于，该系统不需要对WC原料进行预处理，简化工艺，可制备晶粒度8-10μm的超粗硬质合金，该系统包括：

球磨设备，其具有WC粉末进料器和Co粉末原料进料器，还设有WC粉末和Co粉末原料的质量比控制；WC粉末进料器设有控制范围为2.0-3.5KA/m的HCP值控制器，Co粉末原料进料器设有控制范围为1.5-2.5μm的Fsss粒度控制器，球磨设备还具有球料比为1:1 – 2:1的球料比控制器；

干燥设备，所述干燥设备是真空干燥设备，具有干燥温度为85-95℃的干燥温度控制器，其设置在球磨处理的下游，与球磨处理连通；

压制成型设备，其设置在干燥设备的下游，与干燥设备连通；

烧结设备，其设置在压制成型设备的下游，与压制成型设备连通；

超粗硬质合金产品容器，其设置在烧结设备的下游，与烧结设备连通。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，球磨设备还具有球磨时间为8-16h的球磨时间控制器。

5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述烧结设备还具有烧结温度为1450-1550℃的烧结温度控制器，和/或，所述烧结设备还具有烧结时间为1-2h的烧结时间控制器。

6.如权利要求3所述的系统，其特征在于，还设有总控制器，该总控制器与质量比控制器、球料比控制器、球磨时间控制器、干燥温度控制器、烧结温度控制器、烧结时间控制器电连通。