CN105779844A - 一种纳米硬质合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种合金领域，具体地，涉及一种铁路线路养护清筛机车GYKJ‑RM80型扒齿链用纳米硬质合金及其制备方法。所述纳米硬质合金含有粗颗粒碳化钨、纳米颗粒碳化钨和钴，相对于100重量份的所述粗颗粒碳化钨，所述纳米颗粒碳化钨的含量为46‑87.5重量份，所述钴的含量为8.5‑25重量份。本发明方法提供的纳米硬质合金组织的致密性和均匀性均获得较大的改善，从而使该纳米硬质合金实现了较好的硬度和机械强度。

Description

一种纳米硬质合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种合金领域，具体地，涉及一种铁路线路养护清筛机车GYKJ-RM80型扒齿链用纳米硬质合金及其制备方法。
背景技术
铁路线路养护清筛车用GYKJ-RM80型扒齿链是铁路线路清筛过程中使用的主要部件和易损部件。现在国内铁路线路养护清筛车用扒齿链普遍采用的是低成本的ZG45的母材锻造成品(母材不含任何耐磨及增强韧性的合金元素)。其缺点是不耐磨、易断裂、其扒齿链的使用寿命较短。针对国内铁路线路养护清筛车用扒齿链使用寿命短、成本高、效率低、工人劳动强度大等现状，急需开发出一种耐磨损的硬质合金复合体。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的硬质合金大多组织的致密性和均匀性较差，从而使其具有硬度和机械强度较差的缺陷，提供了一种硬度和机械强度较好的铁路线路养护清筛机车GYKJ-RM80型扒齿链用纳米硬质合金及其制备方法。
本发明提供一种纳米硬质合金，其中，所述纳米硬质合金含有粗颗粒碳化钨、纳米颗粒碳化钨和钴，相对于100重量份的所述粗颗粒碳化钨，所述纳米颗粒碳化钨的含量为46-87.5重量份，所述钴的含量为8.5-25重量份。
本发明还提供了一种纳米硬质合金的制备方法，其中，该制备方法包括以下步骤：
(1)将粗颗粒碳化钨、纳米颗粒碳化钨、钴粉和成型剂橡胶进行混合，然后进行机械加压成型处理，得到成型的坯料；
(2)在真空环境下，将所述成型的坯料在加压条件下进行烧结处理。
本发明还提供了由上述方法制备的纳米硬质合金。
本发明方法提供的纳米硬质合金组织的致密性和均匀性均获得较大的改善，从而使该纳米硬质合金实现了较好的硬度和机械强度。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
根据本发明，提供了一种纳米硬质合金，其中，所述纳米硬质合金含有粗颗粒碳化钨、纳米颗粒碳化钨和钴，相对于100重量份的所述粗颗粒碳化钨，所述纳米颗粒碳化钨的含量为46-87.5重量份，所述钴的含量为8.5-25重量份。
为了进一步提高本发明所述的纳米硬质合金的耐磨性和抗冲击韧性，优选情况下，相对于100重量份的所述粗颗粒碳化钨，所述纳米颗粒碳化钨的含量为52-64重量份，所述钴的含量为15-20重量份。
根据本发明，所述粗颗粒碳化钨的晶粒度和纳米颗粒碳化钨的晶粒度对所述纳米硬质合金的各项性能的影响较为显著,为了进一步提高所述纳米硬质合金组织的致密性和均匀性，从而进一步提高纳米硬质合金的耐磨性和抗冲击韧性，本发明的所述粗颗粒碳化钨的晶粒度可以为1.8-5.5μm，优选为2.5-3.5μm；所述纳米颗粒碳化钨的晶粒度可以为0.1-0.4μm，优选为0.2-0.3μm。
根据本发明，还提供了一种纳米硬质合金的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将粗颗粒碳化钨、纳米颗粒碳化钨、钴粉和成型剂橡胶进行混合，然后进行机械加压成型处理，得到成型的坯料；
(2)在真空环境下，将所述成型的坯料在加压条件下进行烧结处理。
根据本发明，在步骤(2)中，对所述烧结处理的条件没有具体限定，优选情况下，所述烧结处理的条件包括：温度为1400-1500℃，优选为1430-1440℃；真空度为300-600Pa，优选为350-450Pa；时间为8-11小时，优选为9-10min。
根据本发明，所述钴粉的晶粒度可以为3.5-6.5μm，优选为4-5μm。
根据本发明，所述成形剂橡胶用于将所述粗颗粒碳化钨、纳米颗粒碳化钨和钴粉粘结使其在机械加压过程中可以成型，相对于100重量份的所述粗颗粒碳化钨，所述成形剂橡胶的含量可以为15-37.5重量份，优选为20-32重量份。所述成形剂橡胶可以为本领域常规使用的用于形成纳米硬质合金的成形剂橡胶，优选情况下，所述成形剂橡胶选自丁钠橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物热塑性弹性体(SBS)橡胶和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三嵌段共聚物热塑性弹性体(SIS)橡胶中的至少一种。
本发明提供的纳米硬质合金的制备方法相对于现有技术的纳米硬质合金的制备方法的主要改进在于提供了本发明的上述含量的粗颗粒碳化钨、纳米颗粒碳化钨和钴粉，优选地，还提供了具有上述晶粒度的粗颗粒碳化钨和纳米颗粒碳化钨，因此，所述纳米硬质合金制备方法的具体工艺条件和操作步骤均可按照现有技术进行。例如，根据本发明的一种优选实施方式，具体地，所述硬质纳米合金的制备方法包括：将100重量份的晶粒度为1.8-5.5μm的粗颗粒碳化钨、46-87.5重量份的晶粒度为0.1-0.4μm的纳米颗粒碳化钨、8.5-25重量份的晶粒度为3.5-6.5μm的钴粉以及15-37.5重量份的成型剂橡胶进行混合，然后进行机械加压成型处理，得到成型坯料；在真空度为350-600Pa的真空环境下，将所述成型的坯料在温度为1400-1500℃条件下进行烧结处理8-11小时。更优选地，所述硬质纳米合金的制备方法包括：将100重量份的晶粒度为2.5-3.5μm的粗颗粒碳化钨、52-64重量份的晶粒度为0.2-0.3μm的纳米颗粒碳化钨、15-20重量份的晶粒度为4-5μm的钴粉以及20-32重量份的成型剂橡胶进行混合，然后进行机械加压成型处理，得到成型坯料；在真空度为350-450Pa的真空环境下，将所述成型的坯料在温度为1430-1440℃条件下进行烧结处理9-10小时。
本发明还提供了由本发明所述的制备方法制备的纳米硬质合金。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
在以下实施例和对比例中：
1、纳米硬质合金的平均晶粒度通过购自丹东市百特仪器有限公司型号为Bettersize的智能激光粒度仪器进行测试。
2、纳米硬质合金的密度采用用购自东莞市宏拓仪器有限公司型号为DE-120M的硬质合金密度检测仪测试。
3、纳米硬质合金的洛氏硬度通过通过购自北京时代联创科技公司型号为THRS-150的洛氏硬度计仪器进行测试。
4、纳米硬质合金的抗弯强度通过购自北京时代联创科技公司型号为WB-100的洛万能试验机进行测试。
在以下实施例和对比例中，粗颗粒碳化钨、纳米颗粒碳化钨以及钴粉均购自章源钨业公司。
实施例1
将100重量份的晶粒度为3μm的粗颗粒碳化钨、58重量份的晶粒度为0.25μm的纳米颗粒碳化钨、18重量份的晶粒度为4.5μm的钴粉和25重量份的丁苯橡胶进行混合，然后进行机械加压成型处理，得到成型坯料；在真空度约为400Pa的真空环境下，将所述成型的坯料1435℃的温度下进行烧结处理9.5小时，得到纳米硬质合金J1，具体分析测试结果如表1。
实施例2
将100重量份的晶粒度为2.5μm的粗颗粒碳化钨、64重量份的晶粒度为0.20μm的纳米颗粒碳化钨、15重量份的晶粒度为4.0的钴粉和20重量份的顺丁橡胶进行混合，然后进行机械加压成型处理，得到成型坯料；在真空度约为410Pa的真空环境下，将所述成型的坯料1430℃的温度下进行烧结处理10小时，得到纳米硬质合金J2，具体分析测试结果如表1。
实施例3
将100重量份的晶粒度为3.5μm的粗颗粒碳化钨、52重量份的晶粒度为0.30μm的纳米颗粒碳化钨、20重量份的晶粒度为5.0的钴粉和30重量份的丁钠橡胶进行混合，然后进行机械加压成型处理，得到成型坯料；在真空度约为430Pa真空环境下，将所述成型的坯料1440℃的温度下进行烧结处理9小时，得到纳米硬质合金J3，具体分析测试结果如表1。
实施例4
按照实施例1的方法制备本发明的纳米硬质合金，所不同的是，纳米颗粒碳化钨的晶粒度为5.0μm，得到纳米硬质合金J4，具体分析测试结果如表1。
对比例1
按照实施例1的方法制备参比的纳米硬质合金，所不同的是，纳米颗粒碳化钨的用量为30重量份，得到参比纳米硬质合金DJ1，具体分析测试结果如表1。
对比例2
按照实施例1的方法制备参比的纳米硬质合金，所不同的是，钴粉的用量为7重量份，得到参比纳米硬质合金DJ2，具体分析测试结果如表1。
表1
从表1可以看出，本发明的纳米硬质合金的机械强度(抗弯强度)和硬度均获得了显著的提高，所述纳米硬质合金的平均晶粒度可以达到3.5μm以下，密度可以达到13kg/m3以上，洛氏硬度可以达到84HRA以上，抗弯强度可以达到2400MPa以上。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种纳米硬质合金，其特征在于，所述纳米硬质合金含有粗颗粒碳化钨、纳米颗粒碳化钨和钴，相对于100重量份的所述粗颗粒碳化钨，所述纳米颗粒碳化钨的含量为46-87.5重量份，所述钴的含量为8.5-25重量份。
2.根据权利要求1所述的纳米硬质合金，其中，相对于100重量份的所述粗颗粒碳化钨，所述纳米颗粒碳化钨的含量为52-64重量份，所述钴的含量为15-20重量份。
3.根据权利要求1或2所述的纳米硬质合金，其中，所述粗颗粒碳化钨的晶粒度为1.8-5.5μm，优选为2.5-3.5μm。
4.根据权利要求1或2所述的纳米硬质合金，其中，所述纳米颗粒碳化钨的晶粒度为0.1-0.4μm，优选为0.2-0.3μm。
5.权利要求1-4中任意一项所述的纳米硬质合金的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将粗颗粒碳化钨、纳米颗粒碳化钨、钴粉和成型剂橡胶进行混合，然后进行机械加压成型处理，得到成型的坯料；
(2)在真空环境下，将所述成型的坯料进行烧结处理。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述钴粉的晶粒度为3.5-6.5μm，优选为4-5μm。
7.根据权利要5所述的方法，其中，在步骤(2)中，所述烧结处理的条件包括：温度为1400-1500℃，优选为1430-1440℃；时间为8-11小时，优选为9-10小时；真空度为300-600Pa，优选为350-450Pa。
8.由权利要求5-7中任意一项所述的方法制备的纳米硬质合金。
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