CN104630592A - 超细晶WC/Co/金刚石-C2Cr3硬质合金以及其热压制备方法 - Google Patents

超细晶WC/Co/金刚石-C2Cr3硬质合金以及其热压制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气压烧结超细晶WC/Co/金刚石-Cr3C2硬质合金，组份为：粒度和重量百分比分别为0.8和（90.70，89.40，87.44）％的WC粉，0.8微米和（7.90,7.78,9.72）％的Co粉，0.25微米和（1.23，2.55，2.58）％的金刚石粉，以及重量百分比为（0.17，0.27，0.26）％的碳化铬；同时公开了其制备步骤：（1）将WC粉和Co粉混合，分散介质为无水乙醇，转速100转/分，时间为16小时，再分别加入金刚石粉和碳化铬混合8小时，取出烘干；（2）将干燥后的原料置于气压烧结炉中，以30-50℃/min的速度升至900℃，压力为9Mpa进行烧结得到。本发明烧结温度低，能耗低，可烧结复杂样品，所得硬质合金力学性能优良，适合批量生产。

Description

超细晶WC/Co/金刚石-C2Cr3硬质合金以及其热压制备方法
技术领域
本发明涉及一种制备硬质合金的方法，具体是一种制备WC/Co/金刚石-C2Cr3硬质合金的方法。
背景技术
WC/Co系硬质合金具有高的强度和硬度，良好的红硬性和耐磨性等特性，广泛应用于机械加工、矿山、模具和耐磨件等领域。近年来，随着硬质合金产业不断发展，新型高硬度、高韧性、高强度的纳米及超细硬质合金材料的研制与开发，已成为材料科学与工程领域的研究热点。但是该硬质合金材料中具有“不可调和的矛盾”，也就是材料的硬度和韧性不能同时满足。金刚石属于共建价结构，具有极高的熔点，而且硬度是自然界最高的。金刚石以微米级颗粒添加到硬质合金中能显著提高硬质合金的硬度。同时通过细晶强化提高硬质合金的韧性，C2Cr3可以作为晶粒长大抑制剂，因此WC/Co/金刚石-C2Cr3可成为解决硬度和韧性矛盾的新的复合材料。
经对现有技术的文献检索发现，公开号为CN104073665A的中国专利公开了一种热压烧结WC-Co-CBN复合材料以及其生产工艺。制备工艺：首先按比例称取WC、金属Co粉末和cBN原料，并均匀混合，采用球磨混料，将经球磨混合好的原料在50～200℃烘箱中干燥后，再经100～300目过筛处理后待用将干燥好的原料装入模具后，置于热压烧结炉中，烧结炉以30～50℃/min速度升温至1200～1400℃，并保温5～30分钟，压力保持在20～50MPa，得到WC-Co-cBN复合材料。不 足之处为：该法制备超细WC/Co/金刚石-C2Cr3硬质合金WC晶粒容易长大，难以制得超细晶、高密度的样品。检索中还发现，公开号为CN103695685A的中国专利公开了一种微波反应烧结方法制备WC-Co硬质合金的方法，W粉、Co粉和C粉的配料、混合、压制成形后用微波加热的方式进行烧结，所述的微波反应烧结是将W-Co-C压坯、微波辅助加热材料等一同放置于透波材料组成的保温结构中，在微波高温炉腔内进行，以10～150℃/min的升温速度将材料加热至1100～1400℃后保温1～60min得到WC-Co硬质合金；与传统制备WC-Co硬质合金的方法相比，具有工艺流程极大简化、操作过程简单、制备周期缩短、能源消耗降低，所制备的合金WC晶粒十分细小，可以代替现有的WC-Co硬质合金的生产工艺，采用连续式或者间歇式微波烧结炉进行生产。不足之处是：微波反应烧结WC-Co硬质合金的力学性能还需进一步提高，才能适应比较苛刻的应用环境。
通过检索现有专利和文献，未发现使用热压法法制备WC/Co/金刚石-C2Cr3硬质合金的报导。
发明内容
本发明为了解决以上技术问题，通过金刚石和碳化铬复合添加剂的氩气气氛保护的气压烧结法，同时提高WC/Co硬质合金体系的硬度和韧性。
本发明首先提供一种用氩气气氛保护的气压烧结超细晶WC/Co/金刚石-Cr3C2硬质合金，其组份为：粒度为0.8微米重量百分比为(90.70，89.40，87.44)％的WC粉，粒度为0.8微米重量百分比为 (7.90,7.78,9.72)％的Co粉，粒度0.25微米重量百分比为(1.23，2.55，2.58)％的金刚石粉，重量百分比为(0.17，0.27，0.26)％的碳化铬，上述原料在无水乙醇介质中球磨混合配料，烘干后烧结成型制备得超细晶WC/Co/金刚石-Cr3C2硬质合金。
本发明其次提供上述超细晶WC/Co/金刚石-Cr3C2硬质合金的具体制备步骤：
(1)首先将粒度0.8微米重量百分比为(87.44,89.40,90.70)％的WC粉和粒度0.8微米重量百分比为(7.90,7.78,9.72)％的Co粉装入新型球磨机中混合，分散介质为无水乙醇，转速100转/分，时间为16小时，再分别加入粒度为0.25微米重量百分比为(1.23，2.55，2.58)％的金刚石粉和重量百分比为(0.17，0.27，0.26)％碳化铬混合8小时，取出烘干。
(2)将干燥后的原料置于气压烧结炉中，烧结炉以30-50℃/min的速度升至900℃，压力为9Mpa进行烧结得到超细晶WC/Co/金刚石-Cr3C2硬质合金。
本发明烧结温度低，能耗低，可烧结复杂样品，所得复合材料力学性能优良，适合批量生产，具有良好的商业价值。
具体实施方法 
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：(1)：首先将粒度为0.8微米重量百分比为90.70％的WC粉和粒度为0.8微米重量百分比为7.90％的Co粉装入新型球磨机中混合，转速100转/分，时间为16小时，再分别加入粒度为0-0.25微米重量百分比为1.23％的金刚石粉和重量百分比为0.17％的碳化铬粉混合8小时，取出后烘干。
(2)：将干燥后的原料置于气压烧结炉中，烧结炉以30-50℃/min的速度升至900℃，压力为9Mpa进行烧结得到超细晶WC/Co/金刚石-Cr3C2硬质合金。
经测得抗弯强度为600Mpa，断裂韧性为15.3，维氏硬度为1925，气孔率99.5％
实施例2：(1)：首先将粒度为0.8微米重量百分比为89.40％的WC粉和粒度为0.8微米重量百分比为7.78％的Co粉装入新型球磨机中混合，转速100转/分，时间为16小时，再分别加入粒度为0-0.25微米重量百分比为2.55％的金刚石粉和重量百分比为0.27％的碳化铬粉混合8小时，取出后烘干。
(2)：将干燥后的原料置于气压烧结炉中，烧结炉以30-50℃/min的速度升至900℃，压力为9Mpa进行烧结得到超细晶WC/Co/金刚石-Cr3C2硬质合金。
经测得抗弯强度为570Mpa，断裂韧性为16.8，维氏硬度为2024，气孔率98.6％
实施例3：((1)：首先将粒度为0.8微米重量百分比为87.44％的WC粉和粒度为0.8微米重量百分比为9.72％的Co粉装入新型球 磨机中混合，转速100转/分，时间为16小时，再分别加入粒度为0-0.25微米重量百分比为2.58％的金刚石粉和重量百分比为0.26％的碳化铬粉混合8小时，取出后烘干。
(2)：将干燥后的原料置于气压烧结炉中，烧结炉以30-50℃/min的速度升至900℃，压力为9Mpa进行烧结得到超细晶WC/Co/金刚石-Cr3C2硬质合金。
经测得抗弯强度为300Mpa，断裂韧性为6.2，维氏硬度为662，气孔率92.0％。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (2)

1.一种超细晶WC/Co/金刚石-Cr3C2硬质合金，其特征为：其组份如下：粒度为0.8微米重量百分比为90.70％、89.40％、或87.44％的WC粉，粒度为0.8微米重量百分比为7.90％、7.78％、或9.72％的Co粉，粒度0.25微米重量百分比为1.23％、2.55％、或2.58％的金刚石粉，重量百分比为0.17％、0.27％、或0.26％的碳化铬，上述原料在无水乙醇介质中球磨混合配料，烘干后烧结成型制备得所述超细晶WC/Co/金刚石-Cr3C2硬质合金。
2.一种制备如权利要求1所述的超细晶WC/Co/金刚石-Cr3C2硬质合金的方法，其特征在于：其制备步骤如下：
(1)首先将粒度0.8微米重量百分比为90.70％、89.40％、或87.44％的WC粉和粒度0.8微米重量百分比为7.90％、7.78％、或9.72％的Co粉装入新型球磨机中混合，分散介质为无水乙醇，转速100转/分，时间为16小时，再分别加入粒度为0.25微米重量百分比为1.23％、2.55％、或2.58％的金刚石粉和重量百分比为0.17％、0.27％、或0.26％的碳化铬混合8小时，取出烘干得到干燥后的原料；
(2)将所述干燥后的原料置于气压烧结炉中，烧结炉以30-50℃/min的速度升至900℃，压力为9Mpa进行烧结得到所述超细晶WC/Co/金刚石-Cr3C2硬质合金。
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