CN106987749A

CN106987749A - 一种WC/Co-TiB2硬质合金及其制备方法

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Publication number: CN106987749A
Application number: CN201510516580.4A
Authority: CN
Inventors: 张根荣; 陈海*; 陈海; 束晨阳; 周安垒; 董丽华
Original assignee: Shanghai Maritime University
Current assignee: Shanghai Maritime University
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2017-07-28

Abstract

本发明公开了一种热压烧结的WC/Co‑TiB₂硬质合金复合材料，其组份为：粒度为0.8微米的WC粉（90.57,89.04,87.38）%，粒度为0.8微米的Co粉（7.88,7.74,7.60）%,粒度为1.2微米的TiB₂粉（1.55,3.22,5.02）%；上述原料通过与无水乙醇混合配料，烘干后烧结成型制备得到。本发明同时公开了上述WC/Co‑TiB₂硬质合金复合材料的制备方法，其可烧结复杂样品，所得复合材料具有良好的力学性能及耐腐蚀性，同时在高温环境下具备良好的导电性，适合批量生产，具有良好的商业价值。本发明可广泛应用于石油开采，航空航天，等高温、强腐蚀工作环境下的关键零部件材料的生产中。

Description

一种 WC/Co-TiB2 硬质合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及硬质合金的制备方法，具体是一种WC/Co-TiB₂硬质合金的制备方法。

背景技术

碳化钨/钴（WC/Co）系是一种具有高硬度及强度，同时兼具良好的红硬性和耐磨性等特性的硬质合金，适宜在高温下进行机械加工，广泛应于特种加工，航天、石油、汽车、冶金、化工等领域，可用于制造特种刀具，航空发动机，窑炉的结构材料、喷气发动机、燃气轮机等。近年来，随着硬质合金产业不断发展，新型纳米级高硬度、高韧性、高强度超细硬质合金材料的研制与开发，WC/Co系硬质合金越来越得到了人们的重视。然而，该硬质合金系产品的中却存在着许多不足：WC/Co系硬质合金在高温高压环境下强度不足、导电性不佳，这些不足限制了WC/Co系硬质合金在高温环境高压、强腐蚀等特殊工作环境下的应用。而二硼化钛（TiB₂）是一种高硬度（热压TiB₂硬度为1800-2700kg/mm²）,导电性良好（常温下导电率为15×10^-6Ω·c），，高熔点（2850℃），耐腐蚀性的常用陶瓷材料。而且Co与TiB₂有良好的润湿性，并且其高湿热硬性有助于提高陶瓷材料的切削性能，因此，WC/Co-TiB₂可以成为解决WC/Co系硬质合金在特殊条件下强度不足，导电性较差这一问题的新型复合材料。

而由于WC的烧结性较差，即使使用Co作为粘结剂进行烧结，其温度也要达到1350℃以上，目前主要的烧结方法有常压烧结、气压烧结，热等静压烧结、热压烧结和放电等离子烧结等方法。其温度也要达到1350℃以上，目前主要的烧结方法有常压烧结、气压烧结，热等静压烧结、热压烧结和放电等离子烧结等方法，其中常压烧结及气压烧结制备的WC/Co系硬质合金性能较差，难以达到较高的致密度；热等静压烧结设备成本高，烧结工艺复杂，难以应用于大规模工业化生产；放电等离子烧结则只能应用于小批量生产，且不能直接烧结成特定的形状，需要后期加工。因此可以采用热压烧结法制备WC/Co-TiB₂，使其在保证材料性能的前提下，降低生产成本及能源消耗，广泛应用于高温高压、强腐蚀等工作环境下的关键零部件材料的生产中。

经对现有技术的文献检索发现，公开号为CN1528709的中国专利公开了一种TiB₂基金属陶瓷复合材料及其制备方法，该方法介绍了一种以TiB₂，Cu, Ni为主要原料，采用不同比例对三种组分进行混合制备的方法，该方法制备出的金属陶瓷具有密度小、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、低变形、高抗热冲击性等优点，但该方法探讨的制备方法仅适用于TiB₂-Ni/Cu系金属陶瓷的制备，应用范围较窄，不适用于WC/Co为主要成分的硬质合金的制备。经文献检索还发现，韩少为、王维民等在《稀有金属材料与工程》（2007年8月，第36卷增刊1，第549-552页）发表了“放电等离子烧结法制备二硼化钛多孔陶瓷”，该文章介绍了一种以TiB₂为基本原料，采用放电等离子烧结技术，通过控制烧结温度、压力及时间，制备高强度高气孔率的二硼化钛多孔陶瓷材料，该方法制备二硼化钛多孔陶瓷材料成型速度快，且强度高，但该方法仅适用于纯TiB₂陶瓷的制备，且生产的成品无法达到特定形状，需要再加工，因此该方法制备的陶瓷成本高，后续加工难度大，不适合制造高精度，形状复杂的零件。

通过检索现有专利和文献，未发现有采用热压烧结法制备WC/Co-TiB₂硬质合金的报导。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种生产方法简单的热压烧结法制备WC/Co-TiB₂硬质合金，增强了材料在高温下的导电性，同时提高了材料的耐腐蚀性。

本发明所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：

一种热压烧结的WC/Co-TiB₂硬质合金复合材料，其组份为：粒度为0.8微米的WC粉（90.57, 89.04, 87.38）%，粒度为0.8微米的Co粉（7.88, 7.74, 7.60）%, 粒度为1.2微米的TiB₂粉（1.55, 3.22,5.02）%，上述原料通过与无水乙醇混合配料，烘干后烧结成型制备得WC/Co-TiB₂复合材料。

上述WC/Co-ZrB₂复合材料的制备方法具体步骤为：

（1）首先将粒度0.8微米重量百分比为（90.57, 89.04, 87.38）％的WC粉和粒度0.8微米重量百分比为（7.88, 7.74, 7.60）％的Co粉装入行星球磨机中混合，分散介质为无水乙醇，转速100转/分，时间为16小时，再加入粒度为1.2微米重量百分比为（1.55, 3.22,5.02）％的TiB₂混合6小时，取出烘干。

（2）将干燥后的原料放入石墨磨具中，并将石墨磨具置于热压烧结炉中。接着，在常温下预压15min。然后，以15℃/min的升温速率升温至1200℃，加压至10Mpa。随后5min 升温至1400℃，再加压至20Mpa，保温保压1.5小时。最后，开始卸压，冷却至常温。最终得到WC/Co-TiB₂硬质合金。

本发明制备方法可烧结复杂样品，所得复合材料具有良好的力学性能及耐腐蚀性，同时在高温环境下具备良好的导电性，适合批量生产，具有良好的商业价值。本发明可广泛应用于石油开采，航空航天，等高温、强腐蚀工作环境下的关键零部件材料的生产中。

具体实施方式

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90.57%的WC粉和粒度为0.8微米重量百分比为7.88％的Co粉装入行星球磨机中混合，转速100转/分，时间为16小时，再加入粒度为1.2微米重量百分比为1.55%的TiB₂粉混合6小时，取出烘干8小时，取出后烘干。

经测得抗弯强度为584MPa，断裂韧性为6.87 MPa·m^1/2，维氏硬度为17.78GPa。

实施例2:

（1）首先将粒度为0.8微米重量百分比为89.04％的WC粉和粒度为0.8微米重量百分比为7.74％的Co粉装入行星球磨机中混合，转速100转/分，时间为16小时，再加入粒度为1.2微米重量百分比为3.22%的TiB₂粉混合6小时，取出烘干8小时，取出后烘干。

经测得抗弯强度为569MPa，断裂韧性为6.99 MPa·m^1/2，维氏硬度为17.94GPa。

实施例3:

（1）首先将粒度为0.8微米重量百分比为87.38％的WC粉和粒度为0.8微米重量百分比为7.60％的Co粉装入行星球磨机中混合，转速100转/分，时间为16小时，再加入粒度为1.2微米重量百分比为5.02%的TiB₂粉混合6小时，取出烘干8小时，取出后烘干。

经测得抗弯强度为424MPa，断裂韧性为7.03 MPa·m^1/2，维氏硬度为18.09GPa。

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

1. 一种热压烧结的WC/Co-TiB₂硬质合金复合材料，其特征在于其组份为：粒度为0.8微米的WC粉（90.57, 89.04, 87.38）%，粒度为0.8微米的Co粉（7.88, 7.74, 7.60）%, 粒度为1.2微米的TiB₂粉（1.55, 3.22,5.02）%；上述原料通过与无水乙醇混合配料，烘干后烧结成型制备得到。

2.如权利要求1所述的热压烧结的WC/Co-TiB₂硬质合金复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、将粒度0.8微米重量百分比为（90.57, 89.04, 87.38）％的WC粉和粒度0.8微米重量百分比为（7.88, 7.74, 7.60）％的Co粉装入行星球磨机中混合，分散介质为无水乙醇，转速100转/分，时间为16小时，再加入粒度为1.2微米重量百分比为（1.55, 3.22,5.02）％的TiB₂混合6小时，取出烘干；

步骤二、将干燥后的原料放入石墨磨具中，并将石墨磨具置于热压烧结炉中；接着，在常温下预压15min；然后，以15℃/min的升温速率升温至1200℃，加压至10Mpa；随后5min 升温至1400℃，再加压至20Mpa，保温保压1.5小时；最后，开始卸压，冷却至常温，得到WC/Co-TiB₂硬质合金复合材料。