CN111069619B - 一种特粗晶硬质合金混合料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种特粗晶硬质合金混合料的制备方法，包括以下步骤：机械混料：将基液和固体原料在转速1‑200r/min、真空度‑0.05～‑0.99MPa、温度25～120℃的条件下搅拌干燥，过筛得到混合粉末；其中，所述固体原料包括钴盐、添加剂以及WC粉末。混合粉末经煅烧还原后，得到特粗晶硬质合金混合料。与现有技术相比，本发明提供的一种特粗晶硬质合金混合料的制备方法，采用机械法把钴盐和WC粉末混匀，避免WC粉末被破碎，保持了晶粒完整性，制得的特粗晶硬质合金混合料在经压制成型烧结后可获得WC平均晶粒度大于6μm的特粗晶硬质合金。

Description

一种特粗晶硬质合金混合料的制备方法
技术领域
本发明涉及硬质合金冶金领域，更具体的说是涉及一种特粗晶硬质合金混合料的制备方法。
背景技术
硬质合金主要用途包括矿山钻探、地质勘探、金属切削、冲压模具等，其用途几乎延伸到了工业的各个体系，被称为“工业的牙齿”，特别在矿山工具、掘进类设备(如盾构机)上，硬质合金是必不可少的消耗性材料，它的性能决定了整个设备的挖掘效率。在与各种土层、岩层、矿物接触中，硬质合金零件作为消耗品，通过不断冲击、碾压、旋挖、切割的方式达到采掘、钻进的目的。硬质合金零件的失效方式主要是磨损和断裂失效，分别与硬质合金耐磨性和韧性相关，然而传统硬质合金的力学性能难以同步提高，特别是韧性和耐磨性一般处于对立关系。
近年来，随着硬质合金应用领域不断扩展，硬质合金材质朝着超细和特粗两个方向发展，目前矿山、掘进用硬质合金普遍采用低钴、粗晶的材质来达到较高的硬度与韧性，一般是平均晶粒度为3-5μm，甚至更粗的>6μm特粗晶硬质合金，其中，碳化钨晶粒和钴分布的均匀性以及碳化钨晶粒完整性是影响合金性能的重要因素。硬质合金混合料传统制备工艺是将WC粉末(即碳化钨粉末)、钴粉及其它添加剂加入球磨机球磨后干燥、过筛后获得特粗晶硬质合金混合料。球磨过程中碳化钨粉末将不可避免地被破碎，产生细碎碳化钨，不仅减小了特粗硬质合金的平均晶粒度，难以制备平均晶粒度>6μm的特粗晶硬质合金，同时也造成了WC晶粒大小不均匀和晶格缺陷增加，最终影响特粗晶硬质合金的性能。
因此，提供一种WC晶粒大小均匀、晶粒完整、钴相分布均匀的特粗晶硬质合金混合料的制备方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种特粗晶硬质合金混合料的制备方法，采用非研磨式的机械混合法把钴盐和WC粉末混匀，避免WC粉末被破碎，晶粒保持了完整性，制备的硬质合金更粗，更均匀，制得的特粗晶硬质合金混合料在经压制成型烧结后可获得WC平均晶粒度大于6μm的特粗晶硬质合金。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种特粗晶硬质合金混合料的制备方法，包括以下步骤：
S1、机械混料：将基液和固体原料加入搅拌机中，在转速为1-200r/min，真空度-0.05～-0.99MPa，温度25～120℃的条件下搅拌干燥后，过筛得到WC-钴盐添加剂的混合粉末，其中，所述固体原料包括钴盐、添加剂和WC粉末；
S2、煅烧还原：在还原气氛中，将WC-钴盐添加剂的混合粉末在温度为300-1000℃的条件下进行煅烧还原0.5-5h，冷却后得到特粗晶硬质合金混合料。
优选的，在步骤S1中，所述基液和所述固体原料的质量比为(1-5):1。
优选的，在步骤S1中，所述基液包括但不限于酒精、蒸馏水、汽油。
优选的，在步骤S1中，所述钴盐包括但不限于草酸钴、碳酸钴。
优选的，在步骤S1中，所述添加剂包括但不限于碳化铬、碳化钒、碳化钽、碳化铌。
优选的，在步骤S1中，所述搅拌机包括但不限于Z型混合器、螺旋搅拌机。
优选的，在步骤S2中，所述还原气氛是指在真空气氛、氢气气氛、氩气气氛中一种或多种气氛的混合。
优选的，所述还原气氛为氩气气氛+氢气气氛的混合。
优选的，所述钴盐的粒度为0.2-2μm。
优选的，所述WC粉末的Fsss粒度大于10μm。
本发明还提供了一种根据上述制备方法制备而成的特粗晶硬质合金混合料。
本发明还进一步提供了所述特粗晶硬质合金混合料在特粗晶硬质合金的生产中的应用。
优选的，在所述特粗晶硬质合金混合料中掺入成型剂，压制成型后，烧结制得特粗晶硬质合金。
优选的，所述烧结的温度为1400-1490℃，时间为0.5-2h。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种特粗晶硬质合金混合料的制备方法，具有以下技术效果：
(1)本发明提供的制备方法中，没有球磨环节，避免了WC粉末被破碎，晶粒保持了完整性，比传统方法所得的晶粒更粗，更均匀。
(2)利用本发明提供的特粗晶硬质合金混合料，制备而成的硬质合金的WC平均晶粒度大于6μm，抗弯强度为大于2000MPa，硬度HRA为75.0～88.0。
综上所述，本发明的制粒方法能够有效避免WC粉末被破碎的现象，制得的特粗晶硬质合金混合料在经压制成型烧结后可获得WC平均晶粒度大于6μm的特粗晶硬质合金；而且本发明的制备方法操作方便，过程稳定，尤其适用于制备特粗晶硬质合金。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为实施例1所得的硬质合金混合料电镜扫描图(1000*)。
图2为实施例1所得的硬质合金混合料电镜扫描图(5000*)。
图3为传统球磨工艺制备的硬质合金混合料电镜扫描图(5000*)。
具体实施方式
下面将对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了一种特粗晶硬质合金混合料的制备方法，包括以下步骤：
S1、机械混料：将酒精和固体原料加入Z型混合器中，其中，固体原料包括草酸钴、碳化铬以及WC粉末，在转速为5r/min、真空度为-0.95MPa、温度为80℃的条件下，在真空下加热搅拌1h后，然后过筛得到WC-草酸钴碳化铬的混合粉末；
其中，草酸钴、碳化钽、WC粉末的质量比为17:1:92，酒精和固体原料的质量比为1:3；
S2、煅烧还原：在氢气还原炉中，将WC-草酸钴碳化铬的混合粉末在温度为500℃的条件下进行煅烧还原2h，冷却后得到特粗晶硬质合金混合料。
将上述得到的特粗晶硬质合金混合料经压制成型试样，经过在1460℃烧结，保温1h，制样检测试样金相组织，制备而成的硬质合金的WC平均晶粒度为7.5μm，抗弯强度为2500MPa，硬度HRA为86.5。
为了进一步说明本发明的技术效果，对实施例1得到的特粗晶硬质合金混合料进行了电镜扫描，得到其电镜扫描图，如图1(1000*)、图2(5000*)所示；对传统球磨工艺制备的特粗晶硬质合金混合料进行了电镜扫描，得到其电镜扫描图，如图3(5000*)所示。
通过图1-3可以看出，利用传统球磨工艺制备的硬质合金混合料中WC晶粒被破碎；而利用本发明所制备的硬质合金混合料WC晶粒完整，且钴分散均匀，表明本发明提供的制备方法由于没有球磨环节，避免了WC粉末被破碎，晶粒保持了完整性，比传统方法所得的晶粒更粗，更均匀。
实施例2
本实施例提供了一种特粗晶硬质合金混合料的制备方法，包括以下步骤：
S1、机械混料：将蒸馏水和固体原料加入螺旋搅拌机中，其中，固体原料包括碳酸钴、碳化铌和WC粉末，在转速为10r/min的条件下，搅拌2h后，将混合物放入干燥箱中，在120℃的条件下，干燥处理24小时后，得到WC-碳酸钴碳化铌的混合粉末；
其中，碳酸钴、碳化铌和WC粉末的质量比为14:1:92，蒸馏水和固体原料的质量比为1:3；
S2、煅烧还原：在氢气还原炉中，将WC-碳酸钴碳化铌的混合粉末在温度为450℃的条件下进行煅烧还原4h，冷却后得到特粗晶硬质合金混合料。
将上述得到的特粗晶硬质合金混合料经压制成型试样，经过在1450℃烧结，保温1h，制样检测试样金相组织，制备而成的硬质合金的WC平均晶粒度为7μm，抗弯强度为2780MPa，硬度HRA为86.0。
实施例3
本实施例提供了一种特粗晶硬质合金混合料的制备方法，包括以下步骤：
S1、机械混料：将汽油和固体原料加入行星式搅拌机中，其中，固体原料包括草酸钴、碳化钒和WC粉末，在转速为30r/min的条件下，搅拌3h后，将混合物放入真空干燥箱中，在60℃的条件下，干燥处理2小时后，得到WC-碳酸钴碳化钒的混合粉末；
其中，草酸钴、碳化铬的WC粉末的质量比为34:1:185，汽油和固体原料的质量比为1:4；
S2、煅烧还原：在真空还原炉中，真空度为-0.97MPa，将WC-碳酸钴碳化钒的混合粉末在温度为500℃的条件下进行煅烧还原5h，冷却后得到特粗晶硬质合金混合料。
将上述得到的特粗晶硬质合金混合料经压制成型试样，经过在1450℃烧结，保温1h，制样检测试样金相组织，制备而成的硬质合金的WC平均晶粒度为6μm，抗弯强度为2800MPa，硬度HRA为86.8。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种特粗晶硬质合金混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、机械混料：将基液和固体原料在转速1-200r/min、真空度-0.05～-0.99MPa、温度25～120℃的条件下搅拌干燥后，过筛得到混合粉末；其中，所述固体原料包括钴盐、添加剂以及WC粉末；
S2、煅烧还原：在还原气氛中，将混合粉末在温度为300-1000℃的条件下煅烧还原0.5-5h，冷却后得到特粗晶硬质合金混合料；
S1步骤中所述基液为酒精、蒸馏水、汽油中的一种或多种的混合；所述添加剂为碳化铬、碳化钒、碳化钽、碳化铌中的一种或多种的混合。
2.根据权利要求1所述的一种特粗晶硬质合金混合料的制备方法，其特征在于，在S1步骤中，所述钴盐为草酸钴、碳酸钴中的一种或多种的混合。
3.根据权利要求1所述的一种特粗晶硬质合金混合料的制备方法，其特征在于，在S2步骤中，所述还原气氛是指真空气氛、氢气气氛、氩气气氛中的一种或多种气氛的混合。
4.一种特粗晶硬质合金混合料，其特征在于，根据权利要求1～3任一项所述的特粗晶硬质合金混合料的制备方法制备而成。
5.一种根据权利要求4所述的特粗晶硬质合金混合料的应用，其特征在于，所述特粗晶硬质合金混合料应用于硬质合金的生产中。
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