CN108441735A - 一种稀土改性的超细WC-Co硬质合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种稀土改性的超细WC‑Co硬质合金，包括以下质量份数的组分WC‑Co 100份；稀土元素0.25‑0.75份；所述WC‑Co包含88‑94%的WC粉和余量的Co粉；所述稀土元素为稀土Sm。本发明还涉及种超细WC‑Co硬质合金的制备方法，包括以下步骤1）将WC粉、Co粉和稀土粉加入球磨桶中；（2）向球磨桶中加入合金球，将球磨介质酒精按固液比为50‑80ml/Kg加入球磨桶中；（3）将球磨料浆过滤、沉淀、干燥和擦碎后制备复合粉，向复合粉中添加石蜡汽油溶剂混合均匀，原料干燥、擦碎、制粒和过筛后制备符合要求的混合料；所述WC粉的粒径为0.6‑1.0μm，所述Co粉的粒径≤0.8μm，所述稀土粉为稀土金属或稀土氧化物或两者的结合。本发明通过添加稀土元素对合金进行改性，完全取代晶粒长大抑制剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种合金，尤其涉及一种稀土改性的超细WC-Co硬质合金及其该合金的制备方法。
背景技术
WC-Co类硬质合金具有较高的硬度、韧性以及优良的耐磨性，被广泛应用于金属加工、金属成形工具、矿山钻探、耐磨零部件以及木材加工领域，但是硬质合金通常硬度、强度和韧性之间的组合很难搭配合理。传统工艺方法生产的超细WC-Co硬质合金由于超细粉末体的烧结驱动力增大、烧结活性能降低、烧结时难以抑制WC晶粒的长大；WC-Co硬质合金配比原料或原料制备中会有氧、氮、硫等杂质的引入，烧结过程中通过碳氧反应脱氧控碳复杂化，合金性能难以稳定。将某些稀土元素以一定微量添加到传统的硬质合金中，可有效的优化组织、提高机械性能。稀土添加物的主要作用是：提高粘接相中塑性相的比例、净化晶界进而提高韧性；稀土元素优先在WC/Co界面偏聚从而减缓WC的溶解析出和晶界迁移长大，抑制WC晶粒局部长大现象；稀土元素具有较低的熔点，含稀土元素硬质合金在切削使用中在较高的切削温度下优先变成熔融态，在切削面上形成润滑层而减小刀片在切削中的磨损，提高使用寿命。
国内外与本发明相关的专利主要集中在超细WC-Co硬质合金中添加VC、Cr3C2、NbC和TaC等抑制WC晶粒长大。中国发明专利CN103464741A“稀土改性WC-Co类硬质合金刀具材料”涉及使用0.1~1.0%稀土金属钌（Ru）、铼（Re）改性WC-Co硬质合金提高任性和耐磨性用于不锈钢叶片的粗、半精和精加工。但这些稀土元素的抑制效果不佳，仍需添加一定量其它形式的晶粒抑制剂才可达到较佳的抑制效果，晶粒抑制剂可认为是一种杂质，其会降低合金的部分性能。
发明内容
本发明为了解决WC-Co硬质合金中存在晶粒生长的问题，通过添加稀土钐对合金进行改性，完全取代晶粒长大抑制剂，Sm对于WC—Co合金的强度提高和性能稳定有较好的效果。
本发明所采取的技术方案为：一种超细WC-Co硬质合金，包括以下质量分数的组分
WC- Co 100份；
稀土元素 0.25-0.75份；
所述WC- Co包含88-94%的WC粉和6-12%的Co粉；该百分数为质量百分数；
所述稀土元素为稀土Sm。
进一步的，所述WC的粒径为0.6-1.0μm，所述Co的粒径≤0.8μm。
进一步的，所述稀土元素以Sm-Co中间合金粉末存在。
进一步的，超细WC-Co硬质合金，包含以下质量份数的组分 WC粉89.25-89.75份；Co粉8.875-9.625份；Sm-Co中间合金粉0.625-1.875份。
本发明还涉及一种超细WC-Co硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）将WC粉、Co粉和稀土粉加入球磨桶中；
（2）向球磨桶中加入合金球，将球磨介质酒精按固液比为50-80ml/Kg加入球磨桶中；
（3）将球磨料浆过滤、沉淀、干燥和擦碎后制备复合粉，向复合粉中添加石蜡汽油溶剂混合均匀，原料干燥、擦碎、制粒和过筛后制备符合要求的混合料；
所述WC粉的粒径为0.6-1.0μm，所述Co粉的粒径≤0.8μm，所述稀土粉为稀土金属或稀土氧化物或两者的结合，所述稀土粉为稀土Sm粉。
进一步的，所述WC粉含碳量6.10-6.20%，所述Co粉含碳量≤0.01%。
进一步的，所述WC粉的添加量为89.25-89.75份；Co粉的添加量为8.875-9.625份；稀土粉的添加量为0.625-1.875份。
进一步的，所述稀土粉为Sm-Co合金粉。
进一步的，所述球磨时间为60-72h。
进一步的，所述石蜡汽油溶剂添加量为复合粉质量的2.5-3.0%。
进一步的，向球磨桶中按球料比为5:1-6:1比例加入Φ6.0的合金球。
本发明所产生的有益效果包括：（1）传统超细WC-Co硬质合金由于原料或制备中会导致氧、氮、硫等杂质含量增加，烧结过程中通过碳氧反应脱氧控碳复杂化，合金性能难以稳定，稀土元素具有净化晶界，合金性能稳定；
（2）本发明是应用稀土（钐）Sm改性一种WC晶粒度在0.6-1.0μm、添加0.25~0.75%的稀土钐（Sm）元素和不在球磨工序内添加晶粒长大抑制剂的超细晶WC-Co硬质合金，提高合金的韧性和耐磨性，与不添加稀土元素的合金相对，本发明中的合金抗弯强度可提高18%，耐磨性可提高40%，使用寿命提高30%。
附图说明
图1 本发明中制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的解释说明，但应当理解为本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1
本发明中超细WC-Co硬质合金的制备方法包括以下步骤：
a、 将各原料称量加入球磨桶中，原料按以下质量份添加：WC：89.25份，Sm-Co：0.625份、Co：9.100份；原料的技术条件见表1、表2和表3。
b、 向球磨桶中按球料比为5:1-6:1比例加入Φ6.0的合金球，将球磨介质酒精按固液比为50-80ml/Kg加入球磨桶中，球磨时间为60-72h；
c、 将球磨料浆过滤、沉淀、干燥和擦碎后制备复合粉，向复合粉中添加重量为2.5-3.0%的石蜡汽油溶剂混合均匀，原料干燥、擦碎、制粒和过筛后制备符合要求的混合料。
选取五组混合料，使用混合料压制成型强度条，烧结合金化后进行物理性能检测测试其抗弯强度和磨损量，测试结果见表4。
表1 原料WC的主要技术条件
| 名称 | 碳量/% | 粒度/μm | 游离碳/% | O2/% | Fe/% | 其它杂质含量% |
| WC | 6.10-6.20 | 0.6-1.0 | ≤0.1 | ≤0.3 | ≤0.02 | ≤0.2 |
表2 原料Co的主要技术条件
| 名称 | 碳量/% | 粒度/μm | Ni/% | O2/% | Fe/% | 其它杂质含量% |
| Co | ≤0.01 | ≤0.8 | ≤0.1 | ≤0.4 | ≤0.02 | ≤0.2 |
表3 原料Sm-Co的主要技术条件
| 名称 | 纯度/% | Sm含量/% |
| Sm-Co合金粉末 | ≥99.0 | 33.98-40.0 |
表4 测试结果
实施例2
本发明中超细WC-Co硬质合金的制备方法包括以下步骤：
a、 将各原料称量加入球磨桶中，原料按以下质量份添加：WC：89.55份，Sm-Co：1.225份、Co：8.875份；原料的技术条件见表1、表2和表3。
b、 向球磨桶中按球料比为5:1-6:1比例加入Φ6.0的合金球，将球磨介质酒精按固液比为50-80ml/Kg加入球磨桶中，球磨时间为60-72h；
c、 将球磨料浆过滤、沉淀、干燥和擦碎后制备复合粉，向复合粉中添加重量为2.5-3.0%的石蜡汽油溶剂混合均匀，原料干燥、擦碎、制粒和过筛后制备符合要求的混合料。
选取五组混合料，使用混合料压制成型强度条，烧结合金化后进行物理性能检测，测试其抗弯强度和磨损量，测试结果见表5。
表5 测试结果：
实施例3
本发明中超细WC-Co硬质合金的制备方法包括以下步骤：
a、 将各原料称量加入球磨桶中，原料按以下质量份添加：WC：89.75份，Sm-Co：1.875份、Co：9.625份；原料的技术条件见表1、表2和表3。
b、 向球磨桶中按球料比为5:1-6:1比例加入Φ6.0的合金球，将球磨介质酒精按固液比为50-80ml/Kg加入球磨桶中，球磨时间为60-72h；
c、 将球磨料浆过滤、沉淀、干燥和擦碎后制备复合粉，向复合粉中添加重量为2.5-3.0%的石蜡汽油溶剂混合均匀，原料干燥、擦碎、制粒和过筛后制备符合要求的混合料。
选取五组混合料，使用混合料压制成型强度条，烧结合金化后进行物理性能检测，测试其抗弯强度和磨损量，测试结果见表6。
表6 测试结果
使用混合料压制成型强度条，烧结合金化后进行物理性能检测，合金的主要物理性能中钴磁、矫顽磁力、硬度和密度没有明显变化，抗弯强度较稀土含量0%的WC-Co合金有适当增加，稀土-Co含量在1.225%的抗弯强度最大，其增加量约为18%；
使用混合料压制成型耐磨实验样品，进行耐磨切削实验对比，含稀土合金耐磨性较含稀土0%合金有适当提高，稀土-Co含量0.625%时的耐磨性最好，增加量约为40%。
上述仅为本发明的优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明的技术方案范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种稀土改性的超细WC-Co硬质合金，其特征在于：包括以下质量份数的组分
WC- Co 100份；
稀土元素 0.25-0.75份；
所述WC- Co包含88-94%的WC粉和余量的Co粉；
所述稀土元素为稀土Sm。
2.根据权利要求1所述的稀土改性的超细WC-Co硬质合金，其特征在于：所述WC的粒径为0.6-1.0μm，所述Co的粒径≤0.8μm。
3.根据权利要求1所述的稀土改性的超细WC-Co硬质合金，其特征在于：所述稀土元素以Sm-Co中间合金粉末存在。
4.根据权利要求3所述的稀土改性的超细WC-Co硬质合金，其特征在于：包含以下质量份数的组分 WC粉89.25-89.75份；Co粉8.875-9.625份；Sm-Co中间合金粉0.625-1.875份。
5.一种稀土改性的超细WC-Co硬质合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将WC粉、Co粉和稀土粉加入球磨桶中；
（2）向球磨桶中加入合金球，将球磨介质酒精按固液比为50-80ml/Kg加入球磨桶中；
（3）将球磨料浆过滤、沉淀、干燥和擦碎后制备复合粉，向复合粉中添加石蜡汽油溶剂混合均匀，原料干燥、擦碎、制粒和过筛后制备符合要求的混合料；
所述WC粉的粒径为0.6-1.0μm，所述Co粉的粒径≤0.8μm，所述稀土粉为稀土与金属的合金粉或稀土氧化物粉或两者的结合，稀土为稀土Sm。
6.根据权利要求5所述的稀土改性的超细WC-Co硬质合金的制备方法，其特征在于：所述WC粉含碳量6.10-6.20%，所述Co粉含碳量≤0.01%。
7.根据权利要求5所述的稀土改性的超细WC-Co硬质合金的制备方法，其特征在于：所述WC粉的添加量为89.25-89.75份；Co粉的添加量为8.875-9.625份；稀土粉的添加量为0.625-1.875份。
8.根据权利要求5所述的稀土改性的超细WC-Co硬质合金的制备方法，其特征在于：所述稀土粉为Sm-Co合金粉。
9.根据权利要求5所述的稀土改性的超细WC-Co硬质合金的制备方法，其特征在于：所述石蜡汽油溶剂添加量为复合粉质量的2.5-3.0%。
10.根据权利要求5所述的稀土改性的超细WC-Co硬质合金的制备方法，其特征在于：向球磨桶中按球料比为5:1-6:1比例加入Φ6.0的合金球。
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