CN106222464A - 一种超耐磨硬质合金的制备方法 - Google Patents

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王志
邵慧萍
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Abstract

一种超耐磨无粘结剂硬质合金的制备方法，属于粉末冶金技术领域。制备步骤如下：(1)将≤100nm的纳米WC粉与2‑4μm的微米WC粉球磨混合，其中纳米WC粉在全部WC粉中占8‑12wt％，纳米WC粉为纯的WC粉，微米WC粉是含有晶粒长大抑制剂0.5wt％Cr3C2和0.5wt％VC的WC粉；(2)将上述球磨混合粉装入石墨模具中热压烧结，烧结温度1500‑1600℃，烧结压力30‑40MPa，烧结时间20‑30min。与传统制备工艺相比，由于采用纳米WC粉，其具有高的烧结活性，在较低温度下通过再结晶长大方式将微米WC颗粒烧结在一起。微米WC粉中添加了晶粒长大抑制剂，能够控制整个合金的晶粒尺寸，从而提高合金的综合力学性能，最终实现其耐磨性大幅度提高。

Description

一种超耐磨硬质合金的制备方法
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域，提供了一种超耐磨硬质合金的制备方法。
背景技术
硬质合金是一种高效的工具材料，由于它具有高强度，高韧性，高耐磨性等一系列优秀的特性，在世界工业发展中起着举足轻重的作用，在机械制造、采矿、石油开采、交通、煤炭、电器、电子等国民经济的各个重要行业占有极重要的地位，被誉为“工业的牙齿”。WC-Co硬质合金包括硬质相(WC)和粘结相(铁族金属)，在一定的恶劣环境中这些粘结相相比硬质相更加容易腐蚀和氧化，从而造成在一些领域的应用受到一定限制。无粘结剂硬质合金的出现，解决了这些应用的问题。
无粘结剂硬质合金是指不含或含很少量金属粘结剂(一般含量<0.5wt％)的一种硬质合金产品，具有传统硬质合金无可比拟的优异的耐磨性、抗腐蚀性、极佳的抛光性和抗氧化性。但由于缺少钴，其烧结温度比传统硬质合金要高出很多，用传统的烧结方法很难获得全致密块体。近十余年来，随着现代烧结技术的出现，各国学者对这一新兴领域进行了研究。目前的制备方法主要有真空烧结-热等静压、热压、放电等离子烧结和高频感应热加压法等，其中后两种方法由于具有特殊的烧结机理，能降低烧结温度而且升温速度非常快，可以在几分钟内完成烧结，这样就减少了烧结过程中晶粒长大的机会，可以得到全致密的细晶粒块体材料。但这些烧结技术的烧结温度仍然偏高，达到1600℃以上，烧结成本高，规模化生产效率较低。
发明内容
本发明的目的针对现有技术的不足，提供一种制备工艺简单，烧结温度低，相对密度较高，力学性能优良的超耐磨无粘结硬质合金的制备方法。为了实现上述目的，本发明提供一种超耐磨无粘剂硬质合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)将≤100nm的纳米WC粉与2-4μm的微米WC粉球磨混合，其中纳米WC粉在全部WC粉中占8-12wt％，纳米WC粉为纯的WC粉，微米WC粉是含有晶粒长大抑制剂0.5wt％Cr3C2和0.5wt％VC的WC粉；
(2)将上述球磨混合粉装入石墨模具中热压烧结，烧结温度1500-1600℃，烧结时间20-30min；
进一步，本发明的球磨混合粉中加入了占WC质量0.2-0.5wt％的超细钴粉，钴粉粒度≤0.5μm，加入钴粉后的热压烧结温度为烧结温度1400-1500℃，烧结时间20-30min。
本发明的方法在较低烧结温度下(1600℃以下)，烧结后相对密度达到98％以上，硬度超过HV22GPa，断裂韧性超过9MPa.m1/2，耐磨性超过传统硬质合金20倍。由于采用纳米WC粉，其具有高的烧结活性，在较低温度下通过再结晶长大方式将微米WC颗粒烧结在一起。微米WC粉中添加了晶粒长大抑制剂，能够控制整个合金的晶粒尺寸，从而提高合金的综合力学性能，最终实现其耐磨性大幅度提高。此外，需要说明的是，本发明仅是采用了一小部分纳米WC粉，而全部采用纳米WC粉是可以细化晶粒，但实验也发明其最终效果并不是想象那样优异，综合性能不如本发明的效果。而且纳米WC粉成本高。
与现有技术相比，本发明还具有以下优点：与传统硬质合金相比，发明了一种超耐磨无粘结剂硬质合金的制备方法，具有优异的耐磨性、抗腐蚀性、极佳的抛光性和抗氧化性等优点，由于原料成本低，烧结温度较低(1600℃以下)，减少了石墨模具损耗，节省了电力，降低了生产成本。
具体实施方式
实施例1
(1)将≤100nm的纳米WC粉8克与2-4μm的微米WC粉92克球磨混合，纳米WC粉为纯的WC粉，微米WC粉是含有晶粒长大抑制剂0.5wt％Cr3C2和0.5wt％VC的WC粉；
(2)将上述球磨混合粉装入石墨模具中热压烧结，烧结温度1600℃，烧结压力30MPa，烧结时间20min。
实施例2
(1)将≤100nm的纳米WC粉9克与2-4μm的微米WC粉91克球磨混合，纳米WC粉为纯的WC粉，微米WC粉是含有晶粒长大抑制剂0.5wt％Cr3C2和0.5wt％VC的WC粉；
(2)将上述球磨混合粉装入石墨模具中热压烧结，烧结温度1600℃，烧结压力30MPa，烧结时间20min。
实施例3
(1)将≤100nm的纳米WC粉10克与2-4μm的微米WC粉90克球磨混合，纳米WC粉为纯的WC粉，微米WC粉是含有晶粒长大抑制剂0.5wt％Cr3C2和0.5wt％VC的WC粉；
(2)将上述球磨混合粉装入石墨模具中热压烧结，烧结温度1550℃，烧结压力35MPa，烧结时间25min。
实施例4
(1)将≤100nm的纳米WC粉11克与2-4μm的微米WC粉89克球磨混合，纳米WC粉为纯的WC粉，微米WC粉是含有晶粒长大抑制剂0.5wt％Cr3C2和0.5wt％VC的WC粉；
(2)将上述球磨混合粉装入石墨模具中热压烧结，烧结温度1500℃，烧结压力40MPa，烧结时间30min。
实施例5
(1)将≤100nm的纳米WC粉12克与2-4μm的微米WC粉88克球磨混合，纳米WC粉为纯的WC粉，微米WC粉是含有晶粒长大抑制剂0.5wt％Cr3C2和0.5wt％VC的WC粉；
(2)将上述球磨混合粉装入石墨模具中热压烧结，烧结温度1500℃，烧结压力40MPa，烧结时间30min。
实施例6
(1)将≤100nm的纳米WC粉10克、2-4μm的微米WC粉90克以及0.2克超细钴粉(粒度≤0.5μm)球磨混合，纳米WC粉为纯的WC粉，微米WC粉是含有晶粒长大抑制剂0.5wt％Cr3C2和0.5wt％VC的WC粉；
(2)将上述球磨混合粉装入石墨模具中热压烧结，烧结温度1500℃，烧结压力30MPa，烧结时间20min。
实施例7
(1)将≤100nm的纳米WC粉10克、2-4μm的微米WC粉90克以及0.5克超细钴粉(粒度≤0.5μm)球磨混合，纳米WC粉为纯的WC粉，微米WC粉是含有晶粒长大抑制剂0.5wt％Cr3C2和0.5wt％VC的WC粉；
(2)将上述球磨混合粉装入石墨模具中热压烧结，烧结温度1400℃，烧结压力40MPa，烧结时间30min。
实施例8
(1)将≤100nm的纳米WC粉10克、2-4μm的微米WC粉90克以及0.3克超细钴粉(粒度≤0.5μm)球磨混合，纳米WC粉为纯的WC粉，微米WC粉是含有晶粒长大抑制剂0.5wt％Cr3C2和0.5wt％VC的WC粉；
(2)将上述球磨混合粉装入石墨模具中热压烧结，烧结温度1450℃，烧结压力35MPa，烧结时间30min。
实施例9
(1)将≤100nm的纳米WC粉10克、2-4μm的微米WC粉90克以及0.4克超细钴粉(粒度≤0.5μm)球磨混合，纳米WC粉为纯的WC粉，微米WC粉是含有晶粒长大抑制剂0.5wt％Cr3C2和0.5wt％VC的WC粉；
(2)将上述球磨混合粉装入石墨模具中热压烧结，烧结温度1450℃，烧结压力40MPa，烧结时间20min。

Claims (2)

1.一种超耐磨硬质合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将≤100nm的纳米WC粉与2-4μm的微米WC粉球磨混合，其中纳米WC粉在全部WC粉中占8-12wt％，纳米WC粉为纯的WC粉，微米WC粉是含有晶粒长大抑制剂0.5wt％Cr3C2和0.5wt％VC的WC粉；
(2)将上述球磨混合粉装入石墨模具中热压烧结，烧结温度1500-1600℃，烧结压力30-40MPa，烧结时间20-30min。
2.根据权利要求1所述的超耐磨硬质合金的方法，其特征在于球磨混合粉中加入了占WC质量0.2-0.5wt％的超细钴粉，钴粉粒度≤0.5μm；加入钴粉后的热压烧结温度为1400-1500℃，烧结压力30-40MPa，烧结时间20-30min。
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