CN106048276A - 一种高耐磨wc基硬质合金复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了本发明提供了一种高耐磨WC基硬质合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将WC粉末、(Ti,W)C混合粉末、钴粉、VC粉末和SiC粉末混合，得到混合料，将混合料与磨球放入球磨罐中，加入乙醇，密封球磨罐，先抽真空然后充入惰性气体，然后在旋转下进行球磨；步骤2、将球磨后的原料经真空干燥箱去除团聚体，然后制粒，保压进行压制成坯；步骤3、将制好的压坯放置于真空烧结炉中，进行加热真空烧结，随炉冷却至室温，制得高耐磨WC基硬质合金复合材料。本发明制备的WC基硬质合金材料具有优异的物理和机械性能，其具有轻度高摩擦系数低，抗磨磨损性能好等优点。

Description

一种高耐磨WC基硬质合金复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于耐磨损耐腐蚀的硬质合金领域，涉及一种高耐磨WC基硬质合金复合材料的制备方法。
背景技术
传统WC-CO硬质合金因其特殊的性能,如高耐磨性、高硬度等特性使它们在切削刀具、模具、矿山开采等领域得到了较好的应用，但是传统WC-Co硬质合金存在着较大的脆性，加工软化、韧性差和崩刃等问题,使得它们并不能完全满足在矿山开采、地质勘探等特殊领域的应用。硬质合金是以难熔金属的高硬度碳化物(WC、TiC、TaC等)为主要组分，以Co或Ni、Fe等为粘结剂，在真空或氢气等气氛中烧结制备而成的粉末冶金制品。WC-Co硬质合金因具有高的强度、硬度以及优良的耐磨性和抗氧化性，被广泛地应用于机械加工、矿山工具和结构耐磨件等领域。
Co对硬质相WC有良好的润湿性和粘结性，且C、W在Co相中部分溶解使WC-Co系硬质合金具有高密度、高硬度、高强度和高耐磨性，因此，从硬质合金的制备和应用来看，Co无疑是WC基硬质合金的最佳粘结剂。
本发明针对实际应用的服役条件及需要，开展材料成分优化设计，在以WC为基体之上，加入硬质相(Ti、W)C复合粉末，増韧相SiC,晶粒抑制剂VC，大幅度提高了WC-Co硬质合金的硬度及耐磨性。
使用这种材料制作的产品较传统WC-Co材料有很明显的优越性，表现在：很高的硬度、摩擦系数低、抗磨损能力、很高的承载能力、生产流程短等，具有很好的实用性和经济性。
发明内容
本发明的目的是为了同时提高WC-Co硬质合金的硬度和强度耐磨性,并克服现有提高WC-Co硬质合金综合性能的方法存在的制备工艺复杂、注意事项繁多工艺参数要求高,成本急剧提高的缺陷,以及粉末冶金法难以控制烧结过程中晶粒长大的问题,而提供的一种高耐磨的WC基硬质合金复合材料及其制造方法。
技术方案：
一种高耐磨WC基硬质合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将作为硬质合金基体粒度的均匀的WC粉末、作为硬质合金增硬相的(Ti,W)C混合粉末、作为粘结剂的钴粉、作为晶粒抑制剂的VC粉末和作为增韧的SiC粉末混合，得到混合料，将混合料与磨球放入球磨罐中，加入乙醇，密封球磨罐，先抽真空然后充入惰性气体，然后在旋转下进行球磨；
步骤2、将球磨后的原料经真空干燥箱去除团聚体，然后制粒，保压进行压制成坯；
步骤3、将制好的压坯放置于真空烧结炉中，进行加热真空烧结，随炉冷却至室温，制得高耐磨WC基硬质合金复合材料。
步骤1中，所述的WC粉末纯度≥99.9％，粒径范围为1～10μm；(Ti,W)C混合粉末的纯度≥99％，粒径范围2～4μm；钴粉的纯度≥99.5％，粒径范围1～2μm；VC粉末的纯度≥99％，粒径范围为1～2μm；SiC粉末纯度≥99％，粒径范围为0.5～0.7μm。
步骤1中，所使用的WC粉末占混合料的66.4％～92％，所使用的(Ti,W)C混合粉末占混合料的0～21.6％，所使用的钴粉占混合料的8％，所使用的VC占混合料的0～1％，所使用的SiC粉末占混合料的0～3％。
步骤1中，所使用的磨球为YG8合金球，所使用的磨球与混合料的质量比为12:1～15:1。
步骤1中，所加入的乙醇的加入量为每千克混合料加入400～1000mL。
步骤1中，所述的惰性气体为氩气，所述旋转的转速为300r/min～400r/min，所述的球磨时间为24～48小时。
步骤2中，所述的干燥温度为80～120℃，在保压过程中，所使用的压力为800～1200kg/cm2。
步骤3中，所述的真空烧结炉中的真空度为3×10-4～5×10-4，加热真空烧结的温度为1200℃～1400℃，加热真空烧结时间为1～2小时。
一种通过上述方法制备的高耐磨WC基硬质合金复合材料。
有益效果：
本发明提供了一种适用于不同气氛条件下的高性能耐磨材料，本发明制备的WC基硬质合金材料具有优异的物理和机械性能，其具有轻度高摩擦系数低，抗磨磨损性能好等优点。本发明工艺简单、可操作性强，成本相对较低，在机械制造、刀具领域具有广泛用途。
附图说明
图1为实施例1制备的材料的磨痕放大200倍的照片；
图2为实施例4制备的材料的磨痕放大200倍的照片；
图3为实施例1～5制备的材料的摩擦系数曲线，曲线1～5依次为实施例1～5的摩擦系数曲线；
图4为实施例1～5制备的材料的磨损率柱状图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述：
本发明所使用的WC粉末纯度≥99.9％，粒径范围为1～10μm；(Ti,W)C混合粉末的纯度≥99％，粒径范围2～4μm；钴粉的纯度≥99.5％，粒径范围1～2μm；VC粉末的纯度≥99％，粒径范围为1～2μm；SiC粉末纯度≥99％，粒径范围为0.5～0.7μm。
实施例1
a)首先秤取占原料质量92％作为硬质合金基体粒度均匀WC粉末，8％的作为粘结剂的钴粉，将混合料与磨球按照球料比13:1混合(磨球均为YG8合金球)放入球磨罐中，按照每千克混合料加入400mL乙醇为比例，密封球磨罐，先抽真空然后充入氩气，重复3次，然后以转速400r/min球磨时间36小时；
b)将混合并球磨的原料经真空干燥箱去除团聚体，干燥温度为80℃，然后制粒，在1200kg/cm2的压力下，保压进行压制成坯；
c)将制好的压坯放置于真空度为5×10-4的真空烧结炉中，加热至1380℃真空烧结1小时，随炉冷却至室温，则制得高耐磨WC基复合硬质合金材料。
实施例2
a)首先秤取占原料质量69.4％作为硬质合金基体粒度均匀WC粉末，8％的作为粘结剂的钴粉，21.6％的作为硬质合金增硬相的(Ti,W)C混合粉末，1％的作为晶粒抑制剂的VC，以及添加0％的作为增韧的SiC粉末，将混合料与磨球按照球料比15:1混合(磨球均为YG8合金球)放入球磨罐中，按照每千克混合料加入400mL乙醇为比例，密封球磨罐，先抽真空然后充入氩气，重复3次，然后以转速300r/min球磨时间24小时；
b)将混合并球磨的原料经真空干燥箱去除团聚体，干燥温度为120℃，然后制粒，在1200kg/cm2的压力下，保压进行压制成坯；
c)将制好的压坯放置于真空度为3×10-4的真空烧结炉中，加热至1200℃真空烧结2小时，随炉冷却至室温，则制得高耐磨WC基复合硬质合金材料。
实施例3
a)首先秤取占原料质量68.9％作为硬质合金基体粒度均匀WC粉末，8％的作为粘结剂的钴粉，21.6％的作为硬质合金增硬相的(Ti,W)C混合粉末，1％的作为晶粒抑制剂的VC，以及添加0.5％的作为增韧的SiC粉末，将混合料与磨球按照球料比12:1混合(磨球均为YG8合金球)放入球磨罐中，按照每千克混合料加入500mL乙醇为比例，密封球磨罐，先抽真空然后充入氩气，重复3次，然后以转速300r/min球磨时间48小时；
b)将混合并球磨的原料经真空干燥箱去除团聚体，干燥温度为120℃，然后制粒，在1000kg/cm2的压力下，保压进行压制成坯；
c)将制好的压坯放置于真空度为5×10-4的真空烧结炉中，加热至1300℃真空烧结1小时，随炉冷却至室温，则制得高耐磨WC基复合硬质合金材料。
实施例4
a)首先秤取占原料质量68.4％作为硬质合金基体粒度均匀WC粉末，8％的作为粘结剂的钴粉，21.6％的作为硬质合金增硬相的(Ti,W)C混合粉末，1％的作为晶粒抑制剂的VC，以及添加1％的作为增韧的SiC粉末，将混合料与磨球按照球料比13:1混合(磨球均为YG8合金球)放入球磨罐中，按照每千克混合料加入400mL乙醇为比例，密封球磨罐，先抽真空然后充入氩气，重复3次，然后以转速400r/min球磨时间36小时；
b)将混合并球磨的原料经真空干燥箱去除团聚体，干燥温度为80℃，然后制粒，在1200kg/cm2的压力下，保压进行压制成坯；
c)将制好的压坯放置于真空度为5×10-4的真空烧结炉中，加热至1380℃真空烧结1小时，随炉冷却至室温，则制得高耐磨WC基复合硬质合金材料。
实施例5
a)首先秤取占原料质量66.4％作为硬质合金基体粒度均匀WC粉末，8％的作为粘结剂的钴粉，21.6％的作为硬质合金增硬相的(Ti,W)C混合粉末，1％的作为晶粒抑制剂的VC，以及添加3％的作为增韧的SiC粉末，将混合料与磨球按照球料比12:1混合(磨球均为YG8合金球)放入球磨罐中，按照每千克混合料加入1000mL乙醇为比例，密封球磨罐，先抽真空然后充入氩气，重复3次，然后以转速400r/min球磨时间48小时；
b)将混合并球磨的原料经真空干燥箱去除团聚体，干燥温度为80℃，然后制粒，在800kg/cm2的压力下，保压进行压制成坯；
c)将制好的压坯放置于真空度为3×10-4的真空烧结炉中，加热至1400℃真空烧结1小时，随炉冷却至室温，则制得高耐磨WC基复合硬质合金材料。
表1 不同实施例制备的材料的性能参数
摩擦学性能是在MFT-5000摩擦试验机上进行的，实验参数为载荷10kg、线速度8mm/s，往复距离4mm，时间15min。
本发明所述高耐磨的WC基复合硬质合金材料，具有优异的力学性能，摩擦性能小，耐磨性能好，如表1所示，实例2、3、4的硬度非常的高，如表1、图3、图4可以看出，实例1、2、3、4的摩擦系数较低，耐磨损性能也比较高，对比实例1、4，图1的磨痕宽度为651.4μm，图2的磨痕宽度为528.89μm，除了原料配比不一样，其他参数均一样，添加(W、Ti)C，SiC可以提高材料的致密性，密度变大，并大幅度提升耐磨材料的硬度和耐磨性能，一定程度降低材料的摩擦系数。

Claims (9)

1.一种高耐磨WC基硬质合金复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将作为硬质合金基体粒度的均匀的WC粉末、作为硬质合金增硬相的(Ti,W)C混合粉末、作为粘结剂的钴粉、作为晶粒抑制剂的VC粉末和作为增韧的SiC粉末混合，得到混合料，将混合料与磨球放入球磨罐中，加入乙醇，密封球磨罐，先抽真空然后充入惰性气体，然后在旋转下进行球磨；
步骤2、将球磨后的原料经真空干燥箱去除团聚体，然后制粒，保压进行压制成坯；
步骤3、将制好的压坯放置于真空烧结炉中，进行加热真空烧结，随炉冷却至室温，制得高耐磨WC基硬质合金复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种高耐磨WC基硬质合金复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述的WC粉末纯度≥99.9％，粒径范围为1～10μm；(Ti,W)C混合粉末的纯度≥99％，粒径范围2～4μm；钴粉的纯度≥99.5％，粒径范围1～2μm；VC粉末的纯度≥99％，粒径范围为1～2μm；SiC粉末纯度≥99％，粒径范围为0.5～0.7μm。
3.根据权利要求1所述的一种高耐磨WC基硬质合金复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所使用的WC粉末占混合料的66.4％～92％，所使用的(Ti,W)C混合粉末占混合料的0～21.6％，所使用的钴粉占混合料的8％，所使用的VC占混合料的0～1％，所使用的SiC粉末占混合料的0～3％。
4.根据权利要求1所述的一种高耐磨WC基硬质合金复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所使用的磨球为YG8合金球，所使用的磨球与混合料的质量比为12:1～15:1。
5.根据权利要求1所述的一种高耐磨WC基硬质合金复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所加入的乙醇的加入量为每千克混合料加入400～1000mL。
6.根据权利要求1所述的一种高耐磨WC基硬质合金复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述的惰性气体为氩气，所述旋转的转速为300r/min～400r/min，所述的球磨时间为24～48小时。
7.根据权利要求1所述的一种高耐磨WC基硬质合金复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述的干燥温度为80～120℃，在保压过程中，所使用的压力为800～1200kg/cm2。
8.根据权利要求1所述的一种高耐磨WC基硬质合金复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述的真空烧结炉中的真空度为3×10-4～5×10-4，加热真空烧结的温度为1200℃～1400℃，加热真空烧结时间为1～2小时。
9.一种高耐磨WC基硬质合金复合材料，其特征在于，所述高耐磨WC基硬质合金复合材料通过权利要求1～8任意一项所述的方法制备而得。
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