CN110205533A - 一种硬质合金及其制备方法与应用 - Google Patents

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CN110205533A CN201910628820.8A CN201910628820A CN110205533A CN 110205533 A CN110205533 A CN 110205533A CN 201910628820 A CN201910628820 A CN 201910628820A CN 110205533 A CN110205533 A CN 110205533A
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Abstract

本发明提供了一种硬质合金及其制备方法与应用，所述硬质合金由60‑95％的硬质相和5‑40％的粘结相组成；所述硬质相为WC、SiC、SiN、TaC、NbC、TiC、TiN、TaN或VC中的至少一种；所述粘结相为Co、Cr、Fe、Ni、Ti、Al、Mn、V、Mo或Ta中的至少三种。本发明提供的硬质合金的粘结相中包括至少三种金属元素，三种以上的金属元素形成高熵合金，共同提高了硬质合金的维氏硬度与耐磨性，使维氏硬度在2000HV以上，摩擦系数低至0.31；且克服了传统粘结相仅由Co构成，带来的成本高、毒性大的缺点。

Description

一种硬质合金及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于冶金领域，涉及一种合金，尤其涉及一种硬质合金及其制备方法与应用。
背景技术
传统WC-Co硬质合金是采用粉末冶金方法制备的高硬度和高耐磨性的复合材料，硬质相WC赋予了合金高的耐磨性，而粘结相Co赋予了合金一定的韧性，这使得WC-Co硬质合金呈现出较高硬度、较高弹性模量、较好的耐磨性以及较好的断裂韧性，因此WC-Co被广泛应用在地质勘探、矿山开采、刀具切削和模具制造等领域。
随着高端制造业的不断发展，对传统的WC-Co硬质合金模具，耐磨零件等材料的高温、腐蚀和氧化等性能提出了更高的要求。比如在钻探工具上的硬质合金球齿的耐磨性有待进一步提高；高品质钢轧锟的高温性能丞待改善；传统的硬质合金热作模具在高温挤压、热镦条件下的高温和抗氧化性有待进一步提升等等。传统WC-Co硬质合金的耐磨性主要取决于其硬度，而追求高的硬度则要牺牲一部分的韧性作为代价。
传统的硬质合金主要成分是钨，钴等稀有金属，因此价格昂贵；另一方面，以钴为粘结相具有良好的润湿性，能实现WC烧结致密化，但是对于传统WC-Co粗晶硬质合金而言，往往是通过调整WC晶粒度大小和Co粘结相含量来获得所需的硬度值和韧性值。然而，这对于提高传统WC-Co粗晶硬质合金的耐磨性非常有限，另外，由于Co粘结相难以适应酸性工作环境，在一定范围内限制了传统WC-Co硬质合金的使用范围。对于腐蚀环境条件下的硬质合金工具来说，粘结相的过早腐蚀容易造成硬质合金工具的非正常失效，从而极大地降低硬质合金工具的使用寿命，如用于海洋钻探的硬质合金工具钻头。
WC-Co的机械性能与其纤维组织、相组成密切相关，特别是WC晶粒尺寸、分布以及粘结相性能。目前对提高硬质合金强度主要集中在以下几个方面：一是从硬质相角度考虑，形成置换固溶体，以起到固溶强化的作用；二是从粘结相的角度考虑，通过调节粘结相的成分和比例，调节合金中环形相的厚度，以改善粘结相对硬质相的润湿性，进而提高强度；三是通过抑制烧结过程中晶粒长大提高强度。为了实现超硬合金中稀有金属的再利用和有效利用，我们开发了不含钨，钴或少含钨，钴的新型硬质合金。采用球磨或高能球磨，使得硬质相与粘结相强制固溶，同时可以改变粘结相组成和比例，使其具有良好的耐磨性、耐腐蚀性氧化性、高温性能和较高的硬度，采用放电等离子烧结(SPS)或热等静压等控制其晶粒尺寸。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种硬质合金及其制备方法与应用，本发明所述硬质合金的粘结相由三种以上的元素组成，三种以上的元素存在多种原子重排方式，与使用纯Co作为粘结相相比，本申请硬质合金中的粘结相不仅能够克服金属Co价格昂贵且有毒性的缺陷，还能够为硬质合金带来不同寻常的高延展性与高强度。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种硬质合金，按质量百分含量计，所述硬质合金由60-95％的硬质相和5-40％的粘结相组成。
所述硬质相为WC、SiC、SiN、TaC、NbC、TiC、TiN、TaN或VC中的至少一种。
所述粘结相为Co、Cr、Fe、Ni、Ti、Al、Mn、V、Mo或Ta中的至少三种。
本发明提供的硬质合金中，硬质相的质量分数为60-95％，例如可以是60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％，粘结相的质量分数为5-40％，例如可以是5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％或40％，硬质相与粘结相的总质量分数为100％。
所述硬质相为WC、SiC、SiN、TaC、NbC、TiC、TiN、TaN或VC中的至少一种，典型但非限制性的组成包括WC与TaC的组合，SiC与SiN的组合，TaC与NbC的组合，NbC与TiC的组合，TiC与TiN的组合，TaN与VC的组合，WC、TaC与NbC的组合，NbC、TiC与TiN的组合，TiC、TiN与TaN的组合，TiN、TaN与VC的组合，WC、TaC、NbC与TiC的组合，NbC、TiC、TiN与TaN的组合，TiC、TiN、TaN与VC的组合或WC、TaC、NbC、TiC、TiN、TaN与VC的组合。
所述粘结相为Co、Cr、Fe、Ni、Ti、Al、Mn、V、Mo或Ta中的至少三种，典型但非限制性的组合包括Co、Cr与Fe的组合，Co、Cr与Ni的组合，Cr、Fe与Ti的组合，Ni、Ti与Al的组合，Al、Mn与V的组合，Mn、V与Mo的组合，V、Mo与Ta的组合，Fe、Ni、Ti与Al的组合，Fe、Ti、Mn与V的组合，Cr、Ni、Ti与Mn的组合，Ti、Al、Mn与Mo的组合，Ti、Mn、V、Mo与Ta的组合，Cr、Fe、Ni、Ti与Al的组合，Co、Cr、Fe、Ni、Ti与Mn的组合，Fe、Ni、Ti、Al、Mn、V与Ta的组合或Co、Cr、Fe、Ni、Ti、Al、Mn、V、Mo与Ta的组合。
本发明所述硬质合金中的粘结相选用三种以上的金属元素，粘结相中的金属元素相互协同，互相配合，共同提高了粘结相对硬质相的润湿性；而且，三种以上的金属元素具有多种原子重排方式，因而具有多种防止裂纹扩增机制，从而让材料能够吸收所受冲击力。
因而，本申请硬质合金中的粘结相的特定组成提高了硬质合金的强度，而且使所得硬质合金具有抗腐蚀、耐高温且耐磨性能良好的性质。
优选地，所述硬质合金中硬质相颗粒的粒径D50为0.005-100μm，例如可以是0.005μm、0.01μm、0.05μm、0.1μm、0.2μm、0.5μm、1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm。
优选地，所述硬质合金中粘结相颗粒的粒径D50为0.005-50μm，例如可以是0.005μm、0.01μm、0.05μm、0.1μm、0.2μm、0.5μm、1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm。
优选地，按质量百分含量计，所述粘结相中各组成元素的含量为5-40％，例如可以是5％、10％、15％、20％、25％、30％或40％。
本发明粘结相中含有至少三种元素，在烧结过程中粘结相组成高熵合金，高熵合金中各元素具有多种重排方式，具有多种防止裂纹扩增的机制，从而提高了所得硬质合金的强度。
而且，硬质合金收到外力作用发生形变后，高熵合金的结构发生“相变诱发塑性”形变，使硬质合金表现出不同寻常的高延展性和高强度。
第二方面，本发明提供了如第一方面所述的硬质合金的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)按配方量将粘结相材料和硬质相材料混合进行球磨；
(2)将步骤(1)球磨后得到的混合物料进行烧结，得到所述硬质合金。
优选地，与硬质相材料混合前对粘结相材料进行球磨。
优选地，步骤(1)所述球磨的时间为6-12h，例如可以是6h、7h、8h、9h、10h、11h或12h。
本发明通过对粘结相材料进行球磨，可使粘结相材料的粒径均匀，提高粘结相材料对硬质相的润湿性，然后将球磨后的粘结相材料与硬质相材料进行球磨，使所得硬质合金中硬质相颗粒的粒径与粘结相颗粒的粒径均一且使粘结相更好地掺杂于硬质相中，从而提高了所得硬质合金的硬度与韧性。
优选地，步骤(2)所述烧结为热压烧结或放电等离子烧结。
本发明所述热压烧结为边加热边加压的烧结过程，粉料处于热塑性状态，有助于颗粒的接触扩散、流动传质过程的进行，而且还能够抑制晶粒长大，得到晶粒细小、致密度高的产品。
优选地，所述热压烧结的压力为1-20GPa，例如可以是1GPa、2GPa、3GPa、4GPa、5GPa、6GPa、7GPa、8GPa、9GPa、10GPa、11GPa、12GPa、13GPa、14GPa、15GPa、16GPa、17GPa、18GPa、19GPa或20GPa。
优选地，所述热压烧结的温度为1000-1500℃，例如可以是1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、1400℃或1500℃。
优选地，所述热压烧结的时间为1-60min，例如可以是1min、5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min。
本发明所述放电等离子烧结具有加压过程中烧结的特点，脉冲电流产生的等离子体及烧结过程中的加压有利于降低粉末的烧结温度，且能够使粉末快速烧结致密。
优选地，所述放电等离子烧结的压力为1-100MPa，例如可以是1MPa、5MPa、10MPa、15MPa、20MPa、25MPa、30MPa、35MPa、40MPa、45MPa、50MPa、55MPa、60MPa、65MPa、70MPa、75MPa、80MPa、85MPa、90MPa、95MPa或100MPa。
优选地，所述放电等离子烧结的温度为1000-1500℃，例如可以是1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃、1300℃、1350℃、1400℃、1450℃或1500℃。
优选地，所述放电等离子烧结的时间为1-30min，例如可以是1min、5min、10min、15min、20min、25min或30min。
第三方面，本发明提供了如第一方面所述的硬质合金的应用，所述硬质合金应用于制备切削刀具、钻井钻头或轧锟。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的硬质合金的粘结相中包括至少三种金属元素，三种以上的金属元素形成高熵合金，共同提高了硬质合金的维氏硬度与耐磨性，使维氏硬度在2000HV以上，摩擦系数低至0.31；
(2)本发明提供的硬质合金的粘结相由至少三种金属元素组成，克服了传统粘结相仅由Co构成，带来的成本高、毒性大的缺点。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种硬质合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按照摩尔比1:1:1混合Co、Cr与Fe，然后在高能球磨机中球磨，得到粒径D50为2μm的高熵合金粘结剂；
(2)将粒径D50为2μm的WC颗粒与步骤(1)所得高熵合金粘结料按照质量比80:20进行混合，然后在高能球磨机中球磨9h，得到混合物料；
(3)放电等离子烧结步骤(2)所得混合物料，所述放电等离子体烧结的压力为50MPa，放电等离子烧结的温度为1200℃，放电等离子烧结的时间为15min，得到所述硬质合金。
实施例2
本实施例提供了一种硬质合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按照摩尔比1:1:1混合Cr、Fe与Ni，然后在高能球磨机中球磨，得到粒径D50为1.5μm的高熵合金粘结剂；
(2)将粒径D50为3μm的TaC颗粒与步骤(1)所得高熵合金粘结料按照质量比70:30进行混合，然后在高能球磨机中球磨8h，得到混合物料；
(3)放电等离子烧结步骤(2)所得混合物料，所述放电等离子体烧结的压力为60MPa，放电等离子烧结的温度为1300℃，放电等离子烧结的时间为20min，得到所述硬质合金。
实施例3
本实施例提供了一种硬质合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按照摩尔比1:1:1混合Cr、Fe与Ti，然后在高能球磨机中球磨，得到粒径D50为2.5μm的高熵合金粘结剂；
(2)将粒径D50为1μm的TaC颗粒与步骤(1)所得高熵合金粘结料按照质量比90:10进行混合，然后在高能球磨机中球磨10h，得到混合物料；
(3)放电等离子烧结步骤(2)所得混合物料，所述放电等离子体烧结的压力为80MPa，放电等离子烧结的温度为1100℃，放电等离子烧结的时间为6min，得到所述硬质合金。
实施例4
本实施例提供了一种硬质合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按照摩尔比1:1:1混合Cr、Ni与Al，然后在高能球磨机中球磨，得到粒径D50为0.5μm的高熵合金粘结剂；
(2)将粒径D50为0.05μm的TiN颗粒与步骤(1)所得高熵合金粘结料按照质量比60:40进行混合，然后在高能球磨机中球磨7h，得到混合物料；
(3)放电等离子烧结步骤(2)所得混合物料，所述放电等离子体烧结的压力为30MPa，放电等离子烧结的温度为1400℃，放电等离子烧结的时间为25min，得到所述硬质合金。
实施例5
本实施例提供了一种硬质合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按照摩尔比1:1:1混合Ti、Mn与V，然后在高能球磨机中球磨，得到粒径D50为10μm的高熵合金粘结剂；
(2)将粒径D50为0.03μm的VC颗粒与步骤(1)所得高熵合金粘结料按照质量比60:40进行混合，然后在高能球磨机中球磨12h，得到混合物料；
(3)放电等离子烧结步骤(2)所得混合物料，所述放电等离子体烧结的压力为10MPa，放电等离子烧结的温度为1500℃，放电等离子烧结的时间为5min，得到所述硬质合金。
实施例6
本实施例提供了一种硬质合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按照摩尔比1:1:1混合Ni、Mo与Ta，然后在高能球磨机中球磨，得到粒径D50为0.03μm的高熵合金粘结剂；
(2)将粒径D50为10μm的NbC颗粒与步骤(1)所得高熵合金粘结料按照质量比95:5进行混合，然后在高能球磨机中球磨6h，得到混合物料；
(3)热压烧结步骤(2)所得混合物料，所述热压烧结的压力为15GPa，热压烧结的温度为1200℃，热压烧结的时间为40min，得到所述硬质合金。
实施例7
本实施例提供了一种硬质合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按照摩尔比1:1:1混合Cr、Ti与Mo，然后在高能球磨机中球磨，得到粒径D50为20μm的高熵合金粘结剂；
(2)将粒径D50为20μm的TiC颗粒与步骤(1)所得高熵合金粘结料按照质量比90:10进行混合，然后在高能球磨机中球磨12h，得到混合物料；
(3)热压烧结步骤(2)所得混合物料，所述热压烧结的压力为10GPa，热压烧结的温度为1500℃，热压烧结的时间为30min，得到所述硬质合金。
实施例8
本实施例提供了一种硬质合金的制备方法，所述制备方法除步骤(1)中的高熵合金粘结剂由摩尔比1:1:1:1的Co、Cr、Fe与Ni在高能球磨机中球磨制成外，其余均与实施例1相同。
实施例9
本实施例提供了一种硬质合金的制备方法，所述制备方法除步骤(1)中的高熵合金粘结剂由摩尔比1:1:1:1的Co、Cr、Fe与Ti在高能球磨机中球磨制成外，其余均与实施例1相同。
实施例10
本实施例提供了一种硬质合金的制备方法，所述制备方法除步骤(1)中的高熵合金粘结剂由摩尔比1:1:1:1的Co、Cr、Fe与Al在高能球磨机中球磨制成外，其余均与实施例1相同。
实施例11
本实施例提供了一种硬质合金的制备方法，所述制备方法除步骤(1)中的高熵合金粘结剂由摩尔比1:2:1:2的Co、Cr、Fe与Mn在高能球磨机中球磨制成外，其余均与实施例1相同。
实施例12
本实施例提供了一种硬质合金的制备方法，所述制备方法除步骤(1)中的高熵合金粘结剂由摩尔比1:1:1:1:1的Co、Cr、Fe、Ni与Mo在高能球磨机中球磨制成外，其余均与实施例1相同。
实施例13
本实施例提供了一种硬质合金的制备方法，所述制备方法除步骤(1)中的高熵合金粘结剂由摩尔比1:1:1:1:1:1的Co、Cr、Fe、Ni、Mo与Ta在高能球磨机中球磨制成外，其余均与实施例1相同。
实施例14
本实施例提供了一种硬质合金的制备方法，所述制备方法除步骤(1)中的高熵合金粘结剂由摩尔比1:1:1:1:1的Cr、Fe、Ni、Al与Ti在高能球磨机中球磨制成外，其余均与实施例1相同。
实施例15
本实施例提供了一种硬质合金的制备方法，所述制备方法除步骤(1)中的高熵合金粘结剂由摩尔比1:2:1:1:1的Cr、Fe、Ni、Al与Mo在高能球磨机中球磨制成外，其余均与实施例1相同。
实施例16
本实施例提供了一种硬质合金的制备方法，所述制备方法除步骤(1)中的高熵合金粘结剂由摩尔比1:2:1:1:1的Cr、Fe、Ni、Al与Mo在高能球磨机中球磨制成，步骤(2)中的WC替换为等质量且质量比为1:1:1的TaN、TiN与NbN外，其余均与实施例1相同，其中，TaN的粒径D50为0.05μm，TiN的粒径D50为20μm，NbN的粒径D50为5μm。
实施例17
本实施例提供了一种硬质合金的制备方法，所述制备方法除步骤(1)中的高熵合金粘结剂由摩尔比1:1:1:1:1的Cr、Fe、Ni、Al与Ta在高能球磨机中球磨制成，步骤(2)中的WC替换为等质量且质量比为1:1:1的TaN、VN与NbN外，其余均与实施例1相同，其中，TaN的粒径D50为0.05μm，VN的粒径D50为20μm，NbN的粒径D50为5μm。
实施例18
本实施例提供了一种硬质合金的制备方法，所述制备方法除步骤(1)中的高熵合金粘结剂由摩尔比1:1:1:1的Cr、Fe、Ni与Al在高能球磨机中球磨制成，步骤(2)中的WC替换为等质量且质量比为1:1:1的TaN、SiC与SiN外，其余均与实施例1相同，其中，TaN的粒径D50为0.03μm，SiC的粒径D50为10μm，SiN的粒径D50为1μm。
实施例19
本实施例提供了一种硬质合金的制备方法，所述制备方法除步骤(1)中的高熵合金粘结剂由摩尔比1:1:1:1:1的Cr、Fe、Ni、Al与Mn在高能球磨机中球磨制成外，其余均与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供了一种硬质合金的制备方法，除步骤(1)中的高熵合金粘结剂由摩尔比1:1的Co与Ni混合后，在高能球磨机中球磨制成外，其余条件均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供了一种硬质合金的制备方法，除步骤(1)中的高熵合金粘结剂仅由Ni在高能球磨机中球磨得到外，其余条件均与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供了一种硬质合金的制备方法，除步骤(1)中的高熵合金粘结剂由摩尔比1:1的Co与Fe混合后，在高能球磨机中球磨制成外，其余条件均与实施例1相同。
对比例4
本对比例提供了一种硬质合金的制备方法，除步骤(1)中的高熵合金粘结剂由摩尔比1:1的Fe与Ni混合后，在高能球磨机中球磨制成外，其余条件均与实施例1相同。
对比例5
本对比例提供了一种传统的WC-6Co硬质合金。
对实施例1-19以及对比例1-5提供的硬质合金进行硬度测试，硬度测试采用的仪器为上海太明光学仪器有限公司的提供的HVS维氏硬度计，测量负荷为500gf，负荷15s后检查硬度，每个样品检测7个点，取平均值后得到维氏硬度。
对实施例1-19以及对比例1-5提供的硬质合金进行摩擦系数的测量，测量仪器为奥地利安东帕高温摩擦试验机，测量负荷为10N，摩擦距离为1000m。
实施例1-19以及对比例1-5测量所得维氏硬度以及摩擦系数的数据如表1所示。
表1
本发明以Co、Cr、Fe、Ni、Ti、Al、Mn、V、Mo或Ta中的至少三种元素作为粘结相，三种以上的元素作为粘结相时形成高熵合金，提供了所得硬质合金的硬度与耐磨性。
由表1中的数据可知，本发明提供的硬质合金的维氏硬度在2000HV以上，远高于市售WC-6Co硬质合金1750HV的硬度；本发明提供的硬质合金的摩擦系数低至0.31，远低于市售WC-6Co硬质合金的摩擦系数0.54。
对比例1提供的硬质合金中的粘结相仅由Co与Ni组成，无法形成高熵合金，所得硬质合金的维氏硬度为1950HV，低于实施例1中的2280HV，摩擦系数为0.45，高于实施例1中的0.4。
对比例2提供的硬质合金中的粘结相仅由Ni组成，无法形成高熵合金，所得硬质合金的维氏硬度为1860HV，低于实施例1中的2280HV，摩擦系数为0.42，高于实施例1中的0.4。
对比例3提供的硬质合金中的粘结相仅由Co和Fe组成，无法形成高熵合金，所得硬质合金的维氏硬度为1855HV，低于实施例1中的2280HV，摩擦系数为0.45，高于实施例1中的0.4。
对比例4提供的硬质合金中的粘结相仅由Fe和Ni组成，无法形成高熵合金，所得硬质合金的维氏硬度为1940HV，低于实施例1中的2280HV，摩擦系数为0.42，高于实施例1中的0.4。
综述所述，本发明提供的硬质合金的粘剂相中包括至少三种金属元素，三种以上的金属元素形成高熵合金，共同提高了硬质合金的维氏硬度与耐磨性，使维氏硬度在2000HV以上，摩擦系数低至0.31。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种硬质合金，其特征在于，按质量百分含量计，所述硬质合金由60-95％的硬质相和5-40％的粘结相组成；
所述硬质相为WC、SiC、SiN、TaC、NbC、TiC、TiN、TaN或VC中的至少一种；
所述粘结相为Co、Cr、Fe、Ni、Ti、Al、Mn、V、Mo或Ta中的至少三种。
2.如权利要求1所述的硬质合金，其特征在于，所述硬质合金中硬质相颗粒的粒径D50为0.005-100μm。
3.如权利要求1或2所述的硬质合金，其特征在于，所述硬质合金中粘结相颗粒的粒径D50为0.005-50μm。
4.如权利要求1-3任一项所述的硬质合金，其特征在于，按质量百分含量计，所述粘结相中各组成元素的含量为5-40％。
5.如权利要求1-4任一项所述的硬质合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)按配方量将粘结相材料和硬质相材料混合进行球磨；
(2)将步骤(1)球磨后得到的混合物料进行烧结，得到所述硬质合金。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，与硬质相材料混合前对粘结相材料进行球磨；
优选地，步骤(1)所述球磨的时间为6-12h。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述烧结为热压烧结或放电等离子烧结。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述热压烧结的压力为1-20GPa；
优选地，所述热压烧结的温度为1000-1500℃；
优选地，所述热压烧结的时间为1-60min。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述放电等离子烧结的压力为1-100MPa；
优选地，所述放电等离子烧结的温度为1000-1500℃；
优选地，所述放电等离子烧结的时间为1-30min。
10.如权利要求1-3任一项所述的硬质合金的应用，其特征在于，所述硬质合金应用于制备切削刀具、钻井钻头或轧锟。
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Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111155083A (zh) * 2020-01-19 2020-05-15 珠海华瑞达电子科技有限公司 一种覆有涂层的热作模具钢及其制备方法
CN111455301A (zh) * 2020-04-24 2020-07-28 常州大学 一种随钻测量仪器外筒耐磨耐蚀高熵合金梯度复合涂层
CN111663067A (zh) * 2020-06-04 2020-09-15 杭州科技职业技术学院 一种用于3d打印的硬质合金材料及其制备工艺
CN111719105A (zh) * 2020-06-30 2020-09-29 国家电网有限公司 一种水利水电施工用钻孔设备
CN111945050A (zh) * 2020-08-19 2020-11-17 燕山大学 一种复合材料及其制备方法
CN112626402A (zh) * 2020-11-03 2021-04-09 河源富马硬质合金股份有限公司 一种金属陶瓷复合材料
CN111455206B (zh) * 2020-04-29 2021-07-06 武汉理工大学 快速半固态热压制造硬质合金的方法
CN113388777A (zh) * 2021-04-22 2021-09-14 宁国市开源电力耐磨材料有限公司 一种耐磨铸钢件及其制备工艺
CN113444959A (zh) * 2021-06-29 2021-09-28 湘潭大学 一种沉淀硬化型高熵合金基钢结硬质合金及制备方法
WO2022137399A1 (ja) * 2020-12-23 2022-06-30 住友電工ハードメタル株式会社 超硬合金およびそれを基材として含む切削工具
CN114850475A (zh) * 2022-05-13 2022-08-05 北方民族大学 一种基于高熵合金粘结剂的高温抗氧化碳氮化钛金属陶瓷及其制备方法
CN115301943A (zh) * 2022-07-21 2022-11-08 深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿 一种矿用耐磨抗冲击长寿命截齿的制备方法
CN115433011A (zh) * 2022-10-10 2022-12-06 北方民族大学 一种高熵碳化物(VNbTaMoW)C5-SiC复相陶瓷
CN115679175A (zh) * 2022-10-26 2023-02-03 长兴军毅机械有限公司 一种钢结硬质合金

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109161774A (zh) * 2018-11-23 2019-01-08 西安工业大学 由高熵合金作为粘结剂的硬质碳化钨合金及其制备方法
CN109371307A (zh) * 2018-11-29 2019-02-22 福建工程学院 一种以高熵合金粉末为粘结剂的wc基硬质合金的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109161774A (zh) * 2018-11-23 2019-01-08 西安工业大学 由高熵合金作为粘结剂的硬质碳化钨合金及其制备方法
CN109371307A (zh) * 2018-11-29 2019-02-22 福建工程学院 一种以高熵合金粉末为粘结剂的wc基硬质合金的制备方法

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111155083A (zh) * 2020-01-19 2020-05-15 珠海华瑞达电子科技有限公司 一种覆有涂层的热作模具钢及其制备方法
CN111455301A (zh) * 2020-04-24 2020-07-28 常州大学 一种随钻测量仪器外筒耐磨耐蚀高熵合金梯度复合涂层
CN111455206B (zh) * 2020-04-29 2021-07-06 武汉理工大学 快速半固态热压制造硬质合金的方法
CN111663067A (zh) * 2020-06-04 2020-09-15 杭州科技职业技术学院 一种用于3d打印的硬质合金材料及其制备工艺
CN111719105A (zh) * 2020-06-30 2020-09-29 国家电网有限公司 一种水利水电施工用钻孔设备
CN111719105B (zh) * 2020-06-30 2022-03-08 国家电网有限公司 一种水利水电施工用钻孔设备
CN111945050A (zh) * 2020-08-19 2020-11-17 燕山大学 一种复合材料及其制备方法
CN112626402A (zh) * 2020-11-03 2021-04-09 河源富马硬质合金股份有限公司 一种金属陶瓷复合材料
WO2022137399A1 (ja) * 2020-12-23 2022-06-30 住友電工ハードメタル株式会社 超硬合金およびそれを基材として含む切削工具
CN113388777A (zh) * 2021-04-22 2021-09-14 宁国市开源电力耐磨材料有限公司 一种耐磨铸钢件及其制备工艺
CN113444959A (zh) * 2021-06-29 2021-09-28 湘潭大学 一种沉淀硬化型高熵合金基钢结硬质合金及制备方法
CN114850475A (zh) * 2022-05-13 2022-08-05 北方民族大学 一种基于高熵合金粘结剂的高温抗氧化碳氮化钛金属陶瓷及其制备方法
CN114850475B (zh) * 2022-05-13 2024-03-05 北方民族大学 一种基于高熵合金粘结剂的高温抗氧化碳氮化钛金属陶瓷及其制备方法
CN115301943A (zh) * 2022-07-21 2022-11-08 深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿 一种矿用耐磨抗冲击长寿命截齿的制备方法
CN115301943B (zh) * 2022-07-21 2024-04-23 深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿 一种矿用耐磨抗冲击长寿命截齿的制备方法
CN115433011A (zh) * 2022-10-10 2022-12-06 北方民族大学 一种高熵碳化物(VNbTaMoW)C5-SiC复相陶瓷
CN115433011B (zh) * 2022-10-10 2023-08-18 北方民族大学 一种高熵碳化物(VNbTaMoW)C5-SiC复相陶瓷
CN115679175A (zh) * 2022-10-26 2023-02-03 长兴军毅机械有限公司 一种钢结硬质合金

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