CN108149110A - 一种无粘结剂硬质合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无粘结剂硬质合金材料及其制备方法，按质量份计，该无粘结剂硬质合金材料包括Co0.2~0.5份、钐添加剂0.06~0.10份和WC99.5~99.9份，所述钐添加剂包括金属钐、氧化钐、氢氧化钐、卤化钐中的一种或多种。本发明可制备超细晶无粘结剂碳化钨硬质合金材料，可以大大提高硬质合金产品的耐磨性、抗腐蚀性、抗氧化性并具有极佳的抛光性；本发明的硬质合金材料的硬度可达HRA96以上，抗弯强度可达2100MPa，达到世界领先水平，可打破我国无粘结剂碳化钨硬质合金材料长期依赖进口的局面，具有实际推广意义。

Description

一种无粘结剂硬质合金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于硬质合金领域，具体涉及一种无粘结剂碳化钨硬质合金材料及其制备方法。
背景技术
无粘结剂硬质合金是指不含或含很少量金属粘结剂（＜0.5wt.%）的一种新型无粘结剂硬质合金材料，具有传统材料无可比拟的优异耐磨性、抗腐蚀性、极佳的抛光性和抗氧化性，硬度可达HRA95。可用于制作喷砂嘴、电子封装材料、负重载滑动密封耐磨件、模具和装饰材料等。
无粘结剂的硬质合金的制备方法目前大多采用传统的热压工艺来制备，它的生产效率极低，无法满足日益增长的市场需求。因此开发一种新型无粘结剂硬质合金的制备方法是目前世界硬质合金行业内主要研发方向之一。科学工作者经过大量的试验发现，在WC中加入微量的Co粉，在高温高压条件下，可制备性能优异的无粘结剂硬质合金。但是目前，性能优异的无粘结剂碳化钨硬质合金大多依赖从美国等国家进口，国内生产的无粘结剂碳化钨硬质合金的硬度和强度性能还达不到世界领先水平。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种无粘结剂硬质合金材料及其制备方法，以减小合WC硬质合金的晶粒粒度，提高合金材料的硬度、强度。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种无粘结剂硬质合金材料，按质量份计，包括Co0.2~0.5份、钐添加剂0.06~0.10份和WC99.5~99.9份，所述钐添加剂包括金属钐、氧化钐、氢氧化钐、卤化钐中的一种或多种。
进一步地，按质量份计，包括Co0.3~0.4份、钐添加剂0.06~0.08份和WC99.5~99.7份。
一般地，烧结过程中，为了获得致密度高的烧结产品，需要提高烧结温度，但是烧结温度的提升一般意味着晶粒的长大，晶粒的长大会降低产品强度。本发明中，通过钐添加剂的添加，可降低各原料粉末间发生烧结反应的初始温度（相当于降低了烧结活化能），同时，钐添加剂可抑制晶粒的长大，这样相比未添加钐添加剂的碳化钨合金材料的烧结，在同一温度下，本发明的各原料间烧结反应进行得更为充分，容易获得硬度、强度、致密度更高的碳化钨硬质合金材料。
基于同一个发明构思，本发明还提供一种如上所述的无粘结剂硬质合金材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）按配比分别称取WC粉末、Co粉末和钐添加剂，球磨，获得原料混合物；
（2）向步骤（1）中的原料混合物中加入成型剂，混合，干燥制粒，获得混合料；
（3）将步骤（2）中混合料压制成型，获得无粘结剂硬质合金材料毛坯；
（4）对步骤（3）中的无粘结剂硬质合金材料毛坯进行加压烧结，获得无粘结剂硬质合金材料成品。
步骤（1）中，所述Co粉末的平均粒径均为0.8~1.0μm。
步骤（1）中，所述WC粉末的平均粒径为0.2~0.4μm，以获得近全致密结构合金，使合金达到更高硬度、强度。
步骤（1）中，球磨时，以酒精为湿磨介质，球料比为4~6:1，球磨时间为20-28h。优选地，球料比为5:1。
步骤（2）中，所述成型剂为石蜡。
步骤（2）中，成型剂的添加量为原料混合物总质量的2~4%。
步骤（2）中，混合时间为1~3h。优选为2h。
步骤（4）中，加压烧结在1650~1775℃、6~9MPa条件下进行，烧结时间为1~2h。优选地，加压烧结在1680℃、8MPa条件下进行。进一步优选地，烧结时间为1.5h。
本发明可制备超细晶无粘结剂碳化钨硬质合金材料，可以大大提高硬质合金产品的耐磨性、抗腐蚀性、抗氧化性并具有极佳的抛光性，本发明的硬质合金材料的硬度可达HRA96以上，抗弯强度可达2100MPa，达到世界领先水平，可打破我国无粘结剂碳化钨硬质合金材料长期依赖进口的局面，具有实际推广意义。
附图说明
图1为无粘结剂硬质合金材料的SEM图，其中，a为加入钐添加剂的合金材料的SEM图，b为未加入钐添加剂的SEM图。
具体实施方式
以下将结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
本实施例的一种无粘结剂硬质合金材料，按质量份计，其成分包括Co0.4份、钐添加剂0.08份和WC99.5份，所述钐添加剂包括氧化钐。
所述Co的平均粒径均为0.9μm。所述WC的平均粒径为0.3μm，
本实施例中，一种无粘结剂碳化钨硬质合金刀片材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）按照配方分别称取Co、碳化钨粉末，混合；
（2）按配方称取氧化钐，将该氧化钐加入步骤（1）的原料混合物中，以酒精为湿磨介质，球磨24h，以将原料均匀混合，获得混合料；其中：球料比为5:1，酒精的添加量为每公斤原料粉末添加400毫升；
（3）向步骤（2）中混合料中掺入石蜡后再混合2h，混合料经干燥制粒后压成刀片毛坯；其中，石蜡的掺入量为混合料总质量的3%；
（4）在1680℃、8MPa条件下，加压烧结1~2h，获得无粘结剂碳化钨硬质合金刀片材料。
对获得的无粘结剂碳化钨硬质合金刀片材料的力学性能进行检测，检测显示，刀片材料硬度为HRA96,抗弯强度为2100MPa。
对比例1
本实施例的一种无粘结剂硬质合金材料，按质量份计，其成分包括Co0.4份和WC99.5份。
所述Co的平均粒径均为0.9μm。所述WC的平均粒径为0.3μm，
本实施例中，一种无粘结剂碳化钨硬质合金刀片材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）按照配方分别称取Co、碳化钨粉末，混合；
（2）以酒精为湿磨介质，球磨24h，以将步骤（1）中原料均匀混合，获得混合料；其中：球料比为5:1，酒精的添加量为每公斤原料粉末添加400毫升；
（3）向步骤（2）中混合料中掺入石蜡后再混合2h，混合料经干燥制粒后压成刀片毛坯；其中，石蜡的掺入量为混合料总质量的3%；
（4）在1680℃、8MPa条件下，加压烧结1~2h，获得无粘结剂碳化钨硬质合金刀片材料。
对实施例1获得的刀片材料和对比例1获得的刀片材料进行SEM检测，如图1所示，显然，相比传统材料，本发明的刀片材料的晶粒更细，致密度更大。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种无粘结剂硬质合金材料，其特征在于，按质量份计，包括Co0.2~0.5份、钐添加剂0.06~0.10份和WC99.5~99.9份，所述钐添加剂包括金属钐、氧化钐、氢氧化钐、卤化钐中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的无粘结剂硬质合金材料，其特征在于，按质量份计，包括Co0.3~0.4份、钐添加剂0.06~0.08份和WC99.5~99.7份。
3.一种如权利要求1或2所述的无粘结剂硬质合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按配比分别称取WC粉末、Co粉末和钐添加剂，球磨，获得原料混合物；
（2）向步骤（1）中的原料混合物中加入成型剂，混合，干燥制粒，获得混合料；
（3）将步骤（2）中混合料压制成型，获得无粘结剂硬质合金材料毛坯；
（4）对步骤（3）中的无粘结剂硬质合金材料毛坯进行加压烧结，获得无粘结剂硬质合金材料成品。
4.根据权利要求3所述的无粘结剂硬质合金材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述Co粉末的平均粒径均为0.8~1.0μm。
5.根据权利要求3所述的无粘结剂硬质合金材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述WC粉末的平均粒径为0.2~0.4μm。
6.根据权利要求3所述的无粘结剂硬质合金材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，球磨时，以酒精为湿磨介质，球料比为4~6:1，球磨时间为20-28h。
7.根据权利要求3所述的无粘结剂硬质合金材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述成型剂为石蜡。
8.根据权利要求3所述的无粘结剂硬质合金材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，成型剂的添加量为原料混合物总质量的2~4%。
9.根据权利要求3所述的无粘结剂硬质合金材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，混合时间为1~3h。
10.根据权利要求3所述的无粘结剂硬质合金材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，加压烧结在1650~1775℃、6~9MPa条件下进行，烧结时间为1~2h。
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