CN107245628B - 采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的硬质合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用Ni‑Cu连续固溶体作粘结相的硬质合金材料及其制备方法，其组分重量百分比为：添加相0％～15％，粘结相3％～45％，余量为硬质相WC，各组分重量百分比之和为100％，所述添加相为Mo2C、TaC、NbC、Cr3C2、VC等其中的一种或多种，所述粘结相为Ni‑Cu连续固溶体加Co，粘结相中Cu含量÷(Ni+Co)含量≤1，Co含量≤Ni含量。本发明采用Ni‑Cu‑Co粘结相制备的硬质合金，其性能可接近Co粘结相的硬质合金，由于增加Cu的比例，原料成本得到降低；可以直接采用球磨机机械合金化制备，适合大规模工业化生产；通过调节粘结相Ni‑Cu‑Co比例可以制备出强韧性和高硬度的新型硬质合金材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种硬质合金材料及其制备方法，具体涉及一种采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的硬质合金材料及其制备方法，属于硬质合金材料制备技术领域。
背景技术
硬质合金主要是由硬质相碳化钨和粘结相金属钴共同构成，具有优良的硬度、强度，广泛地应用于金属加工、工程机械、磨具制造等工业领域。随着现代工业的发展，对硬质合金工具和结构件的性能要求日益提高，在硬质合金的不断改进中，提高粘结相的性能是研究的重点。由于金属钴耐腐性较差，且钴资源的日益匮乏，价格昂贵，国内外一直在寻找合适的替代金属。铁、镍、铜与钴的合金是较为常见的替代品，但是，替代钴的一个前提是其制造的硬质合金的硬度和抗弯强度必须达到或者接近钴粘结的硬质合金的性能。铁价格最便宜，但是铁作为粘结相，其制备的硬质合金的硬度和抗弯强度都有明显的下降，且碳含量不易控制，造成产品质量不稳定。镍相对于钴较便宜，但是镍除抗腐蚀性能外，其硬度和抗弯强度都较钴低，镍只是在少数领域部分替代钴。
硬质合金材料的生产方法是传统的粉末冶金工艺，通过混料、球磨、成型、烧结得到硬质合金。“CN 102061419 A”公开了一种采用Co-Cu作为粘结相的硬质合金材料及其制备方法”，采用Co-Cu作为粘结相替代Co，提升粘结相的性能。Co-Cu合金的制备方法为共沉淀法，成本较高，而且Cu在Co中的固溶度较小，Cu对WC润湿性很差，因此，硬质合金材料中Cu的含量不能太多。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种Ni-Cu连续固溶体作粘结相的硬质合金材料及其制备方法。采用所述方法制备的硬质合金具有较高的硬度和抗弯强度，硬质合金中增加了Cu含量，使得硬质合金的成本降低。
本发明提供的一种采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的硬质合金材料，其组分重量百分比为：添加相0％～15％，粘结相3％～45％，余量为硬质相WC，各组分重量百分比之和为100％，所述添加相为Mo2C、TaC、NbC、Cr3C2、VC等其中的一种或多种，所述粘结相为Ni-Cu连续固溶体加Co，粘结相中Cu含量÷(Ni+Co)含量≤1，Co含量≤Ni含量。
为进一步提高硬质合金的强度、韧性和耐磨性，优选的，所述采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的硬质合金中组分重量百分比为：
添加相：0.2％～2％；
粘结相：6％～20％；
余量为硬质相WC，各组分重量百分比之和为100％。
本发明提供一种采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的硬质合金材料，通过调节粘结相中Ni-Cu-Co比例提升粘结相的性能，制备出高硬度和强韧性的新型硬质合金材料。
优选的，所述硬质合金材料的粘结相中Ni-Cu-Co的比例为Cu:(Ni+Co)＝1:2～1:20。
更优选的，本发明提供一种采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的硬质合金材料，所述硬质合金材料由以下组分按重量百分比构成：WC：84.4％，Ni：6％，Cu：3％，Co：6％，Cr3C2：0.6％。
本发明所述的一种采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按设计的硬质合金材料组份配比称取粘结相、添加相、硬质相和成型剂，加入球磨机进行湿磨；
(2)将球磨后的浆料过滤后进行喷雾干燥造粒，得合金粉末混合物；
(3)将合金粉末混合物经模压制成压坯，置于氩气中进行压力烧结，得到硬质合金材料。
所述步骤(1)球磨工艺参数是：球磨机中球料比为3:1～6:1，以33～40r/min的速度球磨20～40h。所述成型剂为石蜡，石蜡与原料的重量比为1:40～1:60，球磨介质为酒精，酒精和原料的重量比为1:3.5～1:6。
所述步骤(3)模压压力为100～200MPa，烧结的炉压为4～8MPa，烧结温度为1360～1450℃，保温时间0.5～3h。
本发明所述的Ni-Cu连续固溶体作粘结相的硬质合金材料，利用Ni-Cu连续固溶体可以改善粘结相对硬质相WC的润湿性，使Ni-Cu连续固溶体对WC的润湿角基本与Ni对WC的润湿角相近，加入添加相可调节材料的润湿角、晶粒度、强韧性、硬度等指标，进一步提升材料的性能。Ni-Cu连续固溶体可通过常规机械合金化制备，其制备工艺简单，降低生产的成本，有利于工业化大规模生产。
相对现有技术，本发明的有益技术效果：
(1)本发明采用Ni-Cu-Co粘结相制造的硬质合金，其性能接近Co粘结相的硬质合金，增加Cu的比例，可以降低原料成本；
(2)Ni-Cu能无限互溶形成连续固溶体，Ni-Cu连续固溶体对硬质合金的湿润性较好，可以直接采用球磨机机械合金化制备，降低了生产的成本，适合大规模工业化生产；
(3)本发明通过调节粘结相Ni-Cu-Co比例可以制备出强韧性和高硬度的新型硬质合金材料。
附图说明
图1是本发明的Ni-Cu连续固溶体作粘结相的硬质合金材料的金相照片。
具体实施方式
以下结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。
实施例1
按质量百分比WC：80％，Ni：8％，Cu：8％，Co：4％称取原料，在球磨机进行湿磨，球磨介质为酒精，酒精和原料的重量比为1:5，球料重量比为3:1，将成型剂石蜡加入球磨机，石蜡与原料的重量比为1:50，球磨速度为33r/min，球磨28h后过滤，喷雾干燥得合金粉末混合物，然后将合金粉末混合物压制，模压压力为200MPa，最后进行烧结，烧结温度为1410℃，烧结的炉压为6MPa，保温时间1.5h，其金相结构如图1所示，性能测试结果如下表所示：
实施例2
按质量百分比WC：90％，Ni：4％，Cu：2％，Co：4％称取原料，在球磨机进行湿磨，球磨介质为酒精，酒精和原料的重量比为1:3.5，球料重量比为4:1，将成型剂石蜡加入球磨机，石蜡与原料的重量比为1:40，球磨速度为37r/min，球磨40h后过滤，喷雾干燥得合金粉末混合物，然后将合金粉末混合物压制，模压压力为180MPa，最后进行烧结，烧结温度为1450℃，烧结的炉压为8MPa，保温时间2h，其性能测试结果如下表所示：
实施例3
按质量百分比WC：69％，Ni：15％，Cu：10％，Co：5％，Mo2C：1％称取原料，在球磨机进行湿磨，球磨介质为酒精，酒精和原料的重量比为1:6，球料重量比为6:1，将成型剂石蜡加入球磨机，石蜡与原料的重量比为1:60，球磨速度为37r/min，球磨20h后过滤，喷雾干燥得合金粉末混合物，然后将合金粉末混合物压制，模压压力为100MPa，最后进行烧结，烧结温度为1390℃，烧结的炉压为4MPa，保温时间3h，其性能测试结果如下表所示：
实施例4
按质量百分比WC：84.4％，Ni：6％，Cu：3％，Co：6％，Cr3C2：0.6％称取原料，在球磨机进行湿磨，球磨介质为酒精，酒精和原料的重量比为1:4，球料重量比为6:1，将成型剂石蜡加入球磨机，石蜡与原料的重量比为1:48，球磨速度为40r/min，球磨36h后过滤，喷雾干燥得合金粉末混合物，然后将合金粉末混合物压制，模压压力为160MPa，最后进行烧结，烧结温度为1400℃，烧结的炉压为5MPa，保温时间2h，其性能测试结果如下表所示：
对比例
按质量百分比WC：80％，Ni：20％称取原料，在球磨机进行湿磨，球磨介质为酒精，酒精和原料的重量比为1:5，球料重量比为3:1，将成型剂石蜡加入球磨机，石蜡与原料的重量比为1:50，球磨速度为35r/min，球磨28h后过滤，喷雾干燥得合金粉末混合物，然后将合金粉末混合物压制，模压压力为150MPa，最后进行烧结，烧结温度为1410℃，烧结的炉压为6MPa，保温时间1.5h，其性能测试结果如下表所示：
Claims (8)
1.一种采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的硬质合金材料，其组分重量百分比为：添加相0％～15％，粘结相3％～45％，余量为硬质相WC，各组分重量百分比之和为100％，所述添加相为Mo2C、TaC、NbC、Cr3C2、VC等其中的一种或多种，所述粘结相为Ni-Cu连续固溶体加Co，粘结相中Cu含量÷(Ni+Co)含量≤1，Co含量≤Ni含量。
2.根据权利要求1所述的采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的硬质合金材料，其组分重量百分比为：
添加相：0.2％～2％；
粘结相：6％～20％；
余量为硬质相WC，各组分重量百分比之和为100％。
3.根据权利要求2所述的采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的硬质合金材料，其特征在于，所述粘结相中Ni-Cu-Co的比例为Cu:(Ni+Co)＝1:2～1:20。
4.根据权利要求3所述的采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的硬质合金材料，其特征在于，所述硬质合金材料由以下组分按重量百分比构成：WC：84.4％，Ni：6％，Cu：3％，Co：6％，Cr3C2：0.6％。
5.根据权利要求1-4任一项所述采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按设计的硬质合金材料组份配比称取粘结相、添加相、硬质相和成型剂，加入球磨机进行湿磨；
(2)将球磨后的浆料过滤后进行喷雾干燥造粒，得合金粉末混合物；
(3)将合金粉末混合物制成压坯，置于氩气中进行压力烧结，得到硬质合金材料。
6.根据权利要求5所述的采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的硬质合金材料，其特征在于，所述步骤(1)中球磨机中球料比为3:1～6:1，转速为33～40r/min，球磨时间为20～40h。
7.根据权利要求5所述的采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的硬质合金材料，其特征在于，所述步骤(1)中成型剂为石蜡，石蜡与原料的重量比为1:40～1:60，球磨介质为酒精，酒精和原料的重量比为1:3.5～1:6。
8.根据权利要求5所述的采用Ni-Cu连续固溶体作粘结相的硬质合金材料，其特征在于，所述步骤(3)中模压压力为100～200MPa，烧结的炉压为4～8MPa，烧结温度为1360～1450℃，保温时间0.5～3h。
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