CN107904471B - 低密度耐磨蚀硬质合金材料及其制备方法 - Google Patents

低密度耐磨蚀硬质合金材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低密度耐磨蚀硬质合金材料及其制备方法，按质量百分比称量碳化钨粉、钴粉和碳酸钙粉，在三维涡流混料机中混合均匀后装入冷压机制成圆柱形坯体；将预制坯体与镍基高温钎料按质量比装入高温导电模具，在双轴高压熔渗装置中烧制成低密度硬质合金材料。

Description

低密度耐磨蚀硬质合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及硬质合金的技术，具体是一种低密度耐磨蚀硬质合金材料及其制备方法。
背景技术
硬质合金材料的优越耐磨耐性使其应用领域不断扩展，已由原来的刀具、模具、冲头扩展到制造轴承、球阀、法兰等。
传统硬质合金主要由碳化钨、碳化钛、氮化钛等硬质相与钴、镍、铁等金属黏结相经高温烧制而成。碳化钨等硬质相质量百分比约为89％～97％，造成硬质合金比重较大，使其应用于大型工程机械零件时，增加很多材料、安装成本，并且高比重易导致额外磨损。
所以，寻找一种可降低硬质合金密度并保证较好的耐磨耐蚀性能的技术成为必行之路。
发明内容
本发明是针对传统硬质合金密度较大增加材料、安装成本，并且高比重易导致额外磨损的研发领域现状，提供一种低密度耐磨蚀硬质合金材料及其制备方法。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的，
一种低密度耐磨蚀硬质合金材料，按照质量百分数计，包括82.4％～83.2％的预制坯体与16.8％～17.6％镍基高温钎料；
预制坯体由以下原料制备而成：碳化钨粉89.1％～91.6％，钴粉8.2％～11.3％，碳酸钙粉0.2％～0.4％。
镍基高温钎料的组分为86Ni 5Cr 2Si 4B 3Fe。
硬质合金材料的密度≥11.24g·cm-3，50小时5％氢氧化钠/氧化铝悬浊液中腐蚀失重≤0.14wt.％。
一种低密度耐磨蚀硬质合金材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)按质量百分比称量碳化钨粉89.1％～91.6％、钴粉8.2％～11.3％及碳酸钙粉0.2％～0.4％，混合均匀后装入冷压机制成圆柱形预制坯体；
(2)将圆柱形预制坯体与镍基高温钎料按质量比(82.4％～83.2％)：(16.8％～17.6％)装入高温导电模具，在双轴高压熔渗装置中烧制成低密度硬质合金材料。
步骤(1)中，采用三维涡流混料机混合粉末，混合转子转速为70转/分，混合时间40分钟。
步骤(1)中，冷压压力为200MPa，保压3分钟。
步骤(2)中，镍基高温钎料的组分为86Ni 5Cr 2Si 4B 3Fe。
步骤(2)中，烧制工艺为：双轴压力3.6GPa～4.5GPa、温度1150℃～1240℃、保温30分钟。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和优势：
本发明的低密度耐磨蚀硬质合金材料，可降低硬质合金密度并保证较好的耐磨耐蚀性能。密度≥11.24g·cm-3，50小时5％氢氧化钠/氧化铝悬浊液中腐蚀失重≤0.14wt.％。
本发明在制备硬质合金的过程中，完全改变了已有方法中单纯采用大比例碳化钨等硬质相和钴等黏结相作为原材料制备硬质合金的思路，而是采用一种双轴高压熔渗装置，将低熔点(＜1050℃)的镍基钎料高压熔渗到多孔碳化钨/Co坯体的孔隙中，并研究造孔剂含量、镍基钎料含量、熔渗工艺和硬质合金性能的关系，即：对于硬质合金，耐磨耐蚀性良好条件下保持较低密度和较小的材料成本的最佳造孔剂含量、镍基钎料含量和熔渗工艺。用碳酸钙造孔，及高压驱动作用，可使镍基钎料快速与碳化钨颗粒接触扩散，均匀孔隙和钎料良好流动性保证硬质合金组织的致密性；且高温导电模具可提高温度集中性，避免局部欠烧，保证足够的烧结总热量。此方法具有成分控制精度高，工艺稳定性和重复性较强，可实现硬质合金的高效制备。本发明是一种用高压熔渗工艺将镍基钎料与碳化钨/Co坯体紧密融合、形成低密度耐磨蚀硬质合金的方法。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明一种低密度耐磨蚀硬质合金材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)按质量百分比称量碳化钨粉89.1％～91.6％：钴粉8.2％～11.3％：碳酸钙粉0.2％～0.4％，三维涡流混料机混合粉末，转子转速为70转/分，混合40分钟，粉末混合均匀后装入冷压机制成圆柱形坯体，冷压压力为200MPa，保压3分钟；
(2)将预制坯体与镍基高温钎料按质量比82.4％～83.2％：16.8％～17.6％装入高温导电模具，镍基高温钎料的组分为86Ni 5Cr 2Si 4B 3Fe，高温导电模具包括高温钢压头、石墨套和石膏模三部分组成，在双轴高压熔渗装置中烧制成低密度硬质合金材料，烧制工艺为：双轴压力3.6GPa～4.5GPa、温度1150℃～1240℃、保温30分钟。
以下实施例制备的低密度耐磨蚀硬质合金材料的方法。
实施例1
(1)按质量百分比称量碳化钨粉89.8％：钴粉10％：碳酸钙粉0.2％，三维涡流混料机混合粉末，转子转速为70转/分，混合40分钟，粉末混合均匀后装入冷压机制成圆柱形坯体，冷压压力为200MPa，保压3分钟；
(2)将预制坯体与镍基高温钎料按质量比82.9％：17.1％装入高温导电模具，镍基高温钎料的组分为86Ni 5Cr 2Si 4B 3Fe，高温导电模具包括高温钢压头、石墨套和石膏模三部分组成，在双轴高压熔渗装置中烧制成低密度硬质合金材料，烧制工艺为：双轴压力4.2GPa、温度1150℃℃、保温30分钟。
实施例2
(1)按质量百分比称量碳化钨粉91.2％：钴粉8.4％：碳酸钙粉0.4％，三维涡流混料机混合粉末，转子转速为70转/分，混合40分钟，粉末混合均匀后装入冷压机制成圆柱形坯体，冷压压力为200MPa，保压3分钟；
(2)将预制坯体与镍基高温钎料按质量比82.5％：17.5％装入高温导电模具，镍基高温钎料的组分为86Ni 5Cr 2Si 4B 3Fe，高温导电模具包括高温钢压头、石墨套和石膏模三部分组成，在双轴高压熔渗装置中烧制成低密度硬质合金材料，烧制工艺为：双轴压力4.5GPa、温度1180℃、保温30分钟。
实施例3
(1)按质量百分比称量碳化钨粉91.1％：钴粉8.6％：碳酸钙粉0.3％，三维涡流混料机混合粉末，转子转速为70转/分，混合40分钟，粉末混合均匀后装入冷压机制成圆柱形坯体，冷压压力为200MPa，保压3分钟；
(2)将预制坯体与镍基高温钎料按质量比83.2％：16.8％装入高温导电模具，镍基高温钎料的组分为86Ni 5Cr 2Si 4B 3Fe，高温导电模具包括高温钢压头、石墨套和石膏模三部分组成，在双轴高压熔渗装置中烧制成低密度硬质合金材料，烧制工艺为：双轴压力4.0GPa、温度1150℃、保温30分钟。
实施例4
(1)按质量百分比称量碳化钨粉89.7％：钴粉9.9％：碳酸钙粉0.4％，三维涡流混料机混合粉末，转子转速为70转/分，混合40分钟，粉末混合均匀后装入冷压机制成圆柱形坯体，冷压压力为200MPa，保压3分钟；
(2)将预制坯体与镍基高温钎料按质量比82.9％：17.1％装入高温导电模具，镍基高温钎料的组分为86Ni 5Cr 2Si 4B 3Fe，高温导电模具包括高温钢压头、石墨套和石膏模三部分组成，在双轴高压熔渗装置中烧制成低密度硬质合金材料，烧制工艺为：双轴压力4.1GPa、温度1230℃、保温30分钟。
表1为不同实施例制备低密度耐磨蚀硬质合金材料的性能参数。
实施例5
一种低密度耐磨蚀硬质合金材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)按质量百分比称量碳化钨粉89.3％：钴粉10.4％：碳酸钙粉0.3％，三维涡流混料机混合粉末，转子转速为70转/分，混合40分钟，粉末混合均匀后装入冷压机制成圆柱形坯体，冷压压力为200MPa，保压3分钟；
(2)将预制坯体与镍基高温钎料按质量比82.8％：17.2％装入高温导电模具，镍基高温钎料的组分为86Ni 5Cr 2Si 4B 3Fe，高温导电模具包括高温钢压头、石墨套和石膏模三部分组成，在双轴高压熔渗装置中烧制成低密度硬质合金材料，烧制工艺为：双轴压力4.4GPa、温度1220℃、保温30分钟。
实施例6
本发明一种低密度耐磨蚀硬质合金材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)按质量百分比称量碳化钨粉91.6％：钴粉8.2％：碳酸钙粉0.2％，三维涡流混料机混合粉末，转子转速为70转/分，混合40分钟，粉末混合均匀后装入冷压机制成圆柱形坯体，冷压压力为200MPa，保压3分钟；
(2)将预制坯体与镍基高温钎料按质量比82.4％：17.6％装入高温导电模具，镍基高温钎料的组分为86Ni 5Cr 2Si 4B 3Fe，高温导电模具包括高温钢压头、石墨套和石膏模三部分组成，在双轴高压熔渗装置中烧制成低密度硬质合金材料，烧制工艺为：双轴压力3.6GPa～4.5GPa、温度1150℃～1240℃、保温30分钟。
实施例7
本发明一种低密度耐磨蚀硬质合金材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)按质量百分比称量碳化钨粉89.1％：钴粉10.5％：碳酸钙粉0.4％，三维涡流混料机混合粉末，转子转速为70转/分，混合40分钟，粉末混合均匀后装入冷压机制成圆柱形坯体，冷压压力为200MPa，保压3分钟；
(2)将预制坯体与镍基高温钎料按质量比82.4％～83.2％：16.8％～17.6％装入高温导电模具，镍基高温钎料的组分为86Ni 5Cr 2Si 4B 3Fe，高温导电模具包括高温钢压头、石墨套和石膏模三部分组成，在双轴高压熔渗装置中烧制成低密度硬质合金材料，烧制工艺为：双轴压力3.6GPa～4.5GPa、温度1150℃～1240℃、保温30分钟。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种低密度耐磨蚀硬质合金材料，其特征在于，按照质量百分数计，包括82.4％～83.2％的预制坯体与16.8％～17.6％镍基高温钎料；
预制坯体由以下原料制备而成：碳化钨粉89.1％～91.6％，钴粉8.2％～10.5％，碳酸钙粉0.2％～0.4％。
2.如权利要求1所述的一种低密度耐磨蚀硬质合金材料，其特征在于，镍基高温钎料的组分为86Ni 5Cr 2Si 4B 3Fe。
3.如权利要求1所述的一种低密度耐磨蚀硬质合金材料，其特征在于，硬质合金材料的密度≥11.24g·cm-3，50小时5％氢氧化钠/氧化铝悬浊液中腐蚀失重≤0.14wt.％。
4.一种低密度耐磨蚀硬质合金材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)按质量百分比称量碳化钨粉89.1％～91.6％、钴粉8.2％～10.5％及碳酸钙粉0.2％～0.4％，混合均匀后装入冷压机制成圆柱形预制坯体；
(2)将圆柱形预制坯体与镍基高温钎料按质量比(82.4％～83.2％)：(16.8％～17.6％)装入高温导电模具，在双轴高压熔渗装置中烧制成低密度硬质合金材料。
5.如权利要求4所述的低密度耐磨蚀硬质合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，采用三维涡流混料机混合粉末，混合转子转速为70转/分，混合时间40分钟。
6.如权利要求4所述的低密度耐磨蚀硬质合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，冷压压力为200MPa，保压3分钟。
7.如权利要求4所述的低密度耐磨蚀硬质合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，镍基高温钎料的组分为86Ni 5Cr 2Si 4B 3Fe。
8.如权利要求4所述的低密度耐磨蚀硬质合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，烧制工艺为：双轴压力3.6GPa～4.5GPa、温度1150℃～1240℃、保温30分钟。
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