CN111088449B - 一种双晶wc结构硬质合金及其制备方法 - Google Patents

一种双晶wc结构硬质合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种双晶WC结构硬质合金及其制备方法，属于硬质合金制备技术领域，所述双晶WC结构硬质合金包括85～94wt％WC，4～15wt％Co，0～1.5wt％VC粉，0～0.5wt％Cr2C3粉，所述双晶WC结构硬质合金具有典型的双峰晶粒度分布形态，WC包括两种或三种晶粒度级别。择两种或三种不同晶粒度级别的WC进行匹配，使制备的双晶结构硬质合金晶粒分布双峰特征明显，粗细晶粒分布整体均匀，致密度高，且成本相对低廉；采用不同球料比两段式球磨使得更易于调控合金组织结构和综合性能，可在提高合金断裂韧性同时不降低硬度、耐磨性和抗弯强度，同时采用氢气保护烧结、真空脱蜡真空烧结、氢气脱蜡分压烧结、加压烧结工艺均可烧结制备出综合性能良好的双晶结构硬质合金。

Description

一种双晶WC结构硬质合金及其制备方法
技术领域
本发明属于硬质合金制备技术领域，具体是一种双晶WC结构硬质合金及其制备方法。
背景技术
WC～Co硬质合金是以具有高硬度、高耐磨性、高熔点的WC相为基体，具有良好润湿性和高韧性的Co金属为粘结相而制成的一种合金材料，其因高的硬度、耐磨性和横向断裂强度，在切削工具、模具、矿山工具及耐磨零部件等领域获得广泛应用。随着现代科学技术的发展，市场对硬质合金的品种、质量以及成本方面的要求也越来越高，因此兼具高硬度、高韧性“双高”性能的硬质合金一直是广大科研工作者的研究热点。通常制备高硬度、高耐磨性的硬质合金都是以牺牲断裂韧性为代价达到的。合金组织结构愈细，硬度、耐磨性愈好，而强度韧性随之降低；反之亦然，合金组织结构愈粗，抗弯强度、抗冲击性能愈好，硬度耐磨性能相应降低。而硬质相WC晶粒粗细搭配制取的双晶及多晶硬质合金可同时兼具高强度、高韧性和高耐磨性能等优良综合性能。
目前，非均匀结构硬质合金制备技术的开发已有一定的基础。传统的制备双晶硬质合金的方法是将一定比例的亚微米尺度WC粉和微米尺度WC粉与Co粉混合进行球磨，随后压制烧结得到双晶硬质合金块体；或者以超细WC粉和Co粉为原料进行高能球磨，赋予混合粉高的活化能，促使压胚中WC晶粒在烧结时大量长大，以获得双晶组织结构硬质合金块体。这些制备方法中普遍存在WC晶粒容易快速生长导致粗大晶粒的数量和尺寸难以控制，且可能出现脱碳和Co池等组织缺陷，使得硬质合金块体的强度、耐磨性和断裂韧性不能达到要求。
专利号为CN 102212731A的发明专利公开了一种兼具高强度和高韧性的双晶硬质合金的工业化制备方法，其按照双晶成分配比，将WO2.9、Co3O4和炭黑进行球磨混合、冷压成坯块，利用原位反应合成方法调控相应参数制备出双晶WC～Co硬质合金。
专利号为CN 107267836A的发明专利公开了一种兼高强度、高韧性和高耐腐蚀性的双晶硬质合金制备方法。上述两种方案适当达到了提高性能的目的，但相对于传统均匀的硬质合金产品而言，其原料成本没有降低，甚至会提高，产品性价比提高幅度不明显。
发明内容
针对上述现有技术中存在的双晶硬质合金不能兼顾低成本和高横向断裂强度、高耐磨性和优异断裂韧性的缺陷，本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低廉、组织结构整体均匀易于控制，兼具高抗弯强度、高耐磨性和优异断裂韧性的双晶结构硬质合金及其制备方法。
一种双晶WC结构硬质合金，所述双晶WC结构硬质合金包括85～94 wt% WC，4～15wt% Co，0～1.5 wt% VC粉，0～0.5 wt% Cr2C3粉，所述双晶WC结构硬质合金具有典型的双峰晶粒度分布形态，WC包括两种或三种晶粒度级别。
本申请的技术方案中，选择两种或三种不同晶粒度级别的WC进行匹配，使制备的双晶结构硬质合金晶粒分布双峰特征明显，粗细晶粒分布整体均匀，致密度高，且该粒度细WC粉和粗WC粉在工业生产使用较多，原料制备技术成熟，成本相对低廉；本申请的制备方法采用不同球料比两段式球磨使得更易于调控合金组织结构和综合性能，可在提高合金断裂韧性同时不降低硬度、耐磨性和抗弯强度，同时采用氢气保护烧结、真空脱蜡真空烧结、氢气脱蜡分压烧结、加压烧结工艺均可烧结制备出综合性能良好的双晶结构硬质合金。
优选的，具有典型的双峰晶粒度分布形态具体包括WC晶粒度一个峰小于0.5μm，颗粒百分比为15～45%，WC晶粒度另一个峰为0.6～1.8 μm，颗粒百分比为50～85%。
优选的，Co的晶粒度为0.8～1.2μm。
优选的，WC包括两种晶粒度级别，具体为晶粒度小于0.5μm的WC占15～45 wt%%的细WC粉，晶粒度为0.6～1.8 μm的WC占50～85 wt%的粗WC粉。
优选的，WC包括两种晶粒度级别，具体为晶粒度为0.8～1.2μm的WC占15～45 wt %的细WC粉，晶粒度为2.2～2.6μm或者4.0～4.8μm的WC占50～80 wt %的粗WC粉。
优选的，WC包括两种晶粒度级别，具体为晶粒度为2.2～2.6μm的WC占60～80%的细WC粉，晶粒度为9.0～10.0μm的WC占15～35%的粗WC粉。
优选的，WC包括两种晶粒度级别，晶粒度为9.0～10.0μm的WC占15～30%的细WC粉，晶粒度为18.0～22.0μm或者27.0～30.0μm的WC占60～80%的粗WC粉。
优选的，WC包括三种晶粒度级别，晶粒度为2.2～2.6μm的WC占15～20%的细WC粉，晶粒度为9.0～10.0μm的WC占25～30%的中粗WC粉，晶粒度为18.0～22.0μm或者27.0～30.0μm的WC占45～55%的粗WC粉。
一种双晶WC结构硬质合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）按成分配方选取细WC粉，再加入Co粉，其中Co粉的量为细WC粉占细WC粉质量的4～15%，再取入分散剂、成型剂和湿磨介质，装入球磨桶内，按球料比3.0～8.0:1加入YG6X硬质合金球，球磨时间20～48h，得第一混合料浆；
（2）将第一混合料浆过80～120目筛；
（3）将过筛后的第一混合浆料置入真空干燥箱中干燥，得预磨混合料；
（4）取步骤（3）所得预磨混合料，加入上述质量分数的粗WC粉、剩余Co粉，装入球磨桶中，加入分散剂、成型剂、上述质量分数的VC，上述质量分数的Cr2C3粉，再加入湿磨介质，按球料比1.0～5:1加入YG6X硬质合金球，球磨时间12～36h，得第二混合料浆；
（5）将第二混合料浆过80～120目筛；
（6）将过筛后的第二混合料浆置入干燥混合箱中干燥，干燥后得WC双晶粒度分布的混合料；
（7）WC双晶粒度分布的混合料脱蜡或脱胶，脱蜡或脱胶烧结在真空或氢气条件下进行，真空度低于10Pa或氢气纯度高于99.995%，以3～5 ℃/min的速度从室温升至脱蜡或脱胶烧结温度，脱蜡或脱胶烧结温度为420～500 ℃，保持时间为1～3.5h；
（8）WC双晶粒度分布的混合料脱蜡或脱胶后进行固相烧结，固相烧结的保温温度为1200～1330 ℃，保温时间为1～3h；
（9）固相烧结后进行液相烧结，液相烧结温度为1390～1470 ℃，烧结保温时间为1～4h，同时通入1～10 MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995%，其气压优选4～6 MPa；
（10）液相烧结保温完毕后，随炉冷却至室温获得双晶结构硬质合金块体。
优选的，步骤（1）和步骤（4）中，分散剂为十二烷基苯璜酸、硬质酸或乙索敏中的一种，分散剂的质量百分比为0.2～0.5%，成型剂为橡胶、石蜡、或SBS中的一种，成型剂的质量百分比为1.8～3.5%，湿磨介质为已烷、聚乙烯醇或无水乙醇中的一种，湿磨介质的加入量为350～500 ml/kg。
优选的，步骤（3）和步骤（6）中，真空干燥时的温度为80～120 ℃，干燥时间1～2.5h。
另一种双晶WC结构硬质合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）按上述质量分数，将各原料混合后加入步骤（1）中的分散剂、成型剂和湿磨介质，装入球磨桶内，按球料比4～6:1加入YG6X硬质合金球，球磨时间20～36h，得第三混合料浆，
（2）将第三混合料浆过80～120目筛；
（3）将过筛后的第三混合料浆置入干燥混合箱中干燥，干燥后得WC双晶粒度分布的混合料；
（4）WC双晶粒度分布的混合料脱蜡或脱胶，脱蜡或脱胶烧结在真空或氢气条件下进行，真空度低于10Pa或氢气纯度高于99.995%，以3～5 ℃/min的速度从室温升至脱蜡或脱胶烧结温度，脱蜡或脱胶烧结温度为420～500 ℃，保持时间为1～3.5h；
（5）WC双晶粒度分布的混合料脱蜡或脱胶后进行固相烧结，固相烧结的保温温度为1200～1330 ℃，保温时间为1～3h；
（6）固相烧结后进行液相烧结，液相烧结温度为1390～1470 ℃，烧结保温时间为1～4h，同时通入1～10 MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995%，其气压优选4～6 MPa；
（7）液相烧结保温完毕后，随炉冷却至室温获得双晶结构硬质合金块体。
优选的，步骤（1）中，分散剂为十二烷基苯璜酸、硬质酸或乙索敏中的一种，分散剂的质量百分比为0.2～0.5%，成型剂为橡胶、石蜡、或SBS中的一种，成型剂的质量百分比为1.8～3.5%，湿磨介质为已烷、聚乙烯醇或无水乙醇中的一种，湿磨介质的加入量为350～500 ml/kg。
优选的，步骤（3）中，真空干燥时的温度为80～120 ℃，干燥时间1～2.5h。
本申请的方法方案中：
较于现有方法，本发明的有益效果是：
（1）选择两种或三种不同晶粒度级别的WC进行匹配，使制备的双晶结构硬质合金晶粒分布双峰特征明显，粗细晶粒分布整体均匀，致密度高，且该粒度细WC粉和粗WC粉在工业生产使用较多，原料制备技术成熟，成本相对低廉；
（2）本发明的双晶结构硬质合金的混料及球磨工艺先采用高球料比将所述细WC粉和Co粉进行预磨，目的是打破细WC粉的团聚并进行破碎，使Co粉混合均匀，增加其活化能，然后再配入所述粗WC粉和Co粉采用低球料比球磨，目的是将粗、细WC粉和Co粉混合均匀，并尽量保持粗WC粉的粗晶形态，通过对粗、细WC粉进行分段球磨可以达到WC晶粒择优分布的目的，同时可以分别控制粗、细WC粉的研磨时间和球料比，使合金的硬度、矫顽磁力达到设计要求；
（3）本申请的制备方法采用不同球料比两段式球磨使得更易于调控合金组织结构和综合性能，可在提高合金断裂韧性同时不降低硬度、耐磨性和抗弯强度，同时采用氢气保护烧结、真空脱蜡真空烧结、氢气脱蜡分压烧结、加压烧结工艺均可烧结制备出综合性能良好的双晶结构硬质合金；
（4）其制备方法简单，无需增加设备投资，成本低廉；
（5）其作为原料制备出的合金性能良好符合市场要求，不同配方合金平均晶粒度分布范围广，适用范围更广泛。
附图说明
图1为本发明中WC原料粒度分级示意图；
图2为本发明中实施例1获得的双晶WC结构硬质合金1000倍金相图；
图3为本发明中实施例1获得的双晶WC结构硬质合金的WC粒度分布曲线，A为WC晶粒<0.5μm的峰，B为WC晶粒尺寸0.6～1.8μm的峰；
图4本发明中实施例2获得的双晶WC结构硬质合金1000倍金相图；
图5为为本发明中实施例2获得的双晶WC结构硬质合金的WC粒度分布曲线，A为WC晶粒<0.5μm的峰，B为WC晶粒尺寸0.6～1.8μm的峰；
图6为本发明中实施例3获得的双晶WC结构硬质合金1000倍金相图；
图7为本发明中实施例3获得的双晶WC结构硬质合金的WC颗粒比例和体积比例统计分布直方图；
图8为本发明中实施例4获得的双晶WC结构硬质合金的1000倍金相图；
图9为本发明中实施例4获得的双晶WC结构硬质合金的WC颗粒比例和体积比例统计分布直方图；
图10为本发明中实施例5获得的双晶WC结构硬质合金的1000倍金相图；
图11为本发明中实施例5获得的双晶WC结构硬质合金的WC颗粒比例和体积比例统计分布直方图。
具体实施方式
为了使本领域的方法人员更好地理解本发明的方法方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
如图2-3，一种双晶WC结构硬质合金，所述双晶WC结构硬质合金包括27.85wt%晶粒度为0.8～1.2μm的细WC粉，65.5wt%晶粒度为2.2～2.6μm的粗WC粉，6wt%晶粒度为1.0～1.2μm的Co粉，0.5%的VC粉，0.15% Cr2C3粉，所述双晶WC结构硬质合金具有典型的双峰晶粒度分布形态。
图2为本实施例获得的双晶WC结构硬质合金1000倍金相图；图3为本实施例获得的双晶WC结构硬质合金的WC粒度分布曲线，A为WC晶粒<0.5μm的峰，B为WC晶粒尺寸0.6～1.8μm的峰，其中图2中(1)为颗粒比例5～10%的尺寸超过4μm的WC晶粒；(2)为颗粒比例50～60%的尺寸为0.6～2.5μm的WC晶粒；(3)颗粒比例15～35%的尺寸为<0.5μm的WC晶粒。
一种双晶WC结构硬质合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）按成分配方选取细WC粉，再加入 Co粉，其中Co粉的量为细WC粉占细WC粉质量的6%，再加入质量分数为0.25%硬质酸为分散剂，加入质量分数为2.0%石蜡为成型剂，以已烷为湿磨溶剂介质，添加剂量为370ml/kg（质量只计算WC和Co粉，不计入硬质酸、石蜡等物质，下述不再说明），装入球磨桶内，按球料比5:1加入YG6X硬质合金球，球直径6.25mm，称好合金球后装入球磨桶内，混合粉末和成型剂充分浸润后密封开始湿磨，球磨方式为滚动机球磨，转速为68转/分钟，球磨时间30h，得第一混合料浆；
（2）将第一混合料浆过90目筛；
（3）将过筛后的第一混合浆料置入真空干燥箱中干燥，干燥温度设置为70 ℃，干燥时间为2.0h，得预磨混合料；
（4）取步骤（3）所得预磨混合料，加入上述质量分数的粗WC粉、剩余Co粉，装入球磨桶中，加入质量分数为0.25%硬质酸为分散剂，加入质量分数为2.0%SBS为成型剂、上述质量分数的VC，上述质量分数的Cr2C3粉，再加入湿磨介质，以已烷为湿磨溶剂介质，添加剂量为370ml/kg，按球料比2:1加入YG6X硬质合金球，合金球直径6.25mm，混合粉末和成型剂充分浸润后密封开始湿磨，球磨方式为滚动机球磨，转速为65转/分钟，球磨时间16h，得第二混合料浆；
（5）将第二混合料浆过100目筛；
（6）将过筛后的第二混合料浆置入干燥混合箱中干燥，干燥温度设置为80 ℃，干燥时间为2.0h，干燥后得WC双晶粒度分布的混合料；
（7）WC双晶粒度分布的混合料脱蜡或脱胶，脱蜡或脱胶烧结在真空或氢气条件下进行，真空度低于10Pa或氢气纯度高于99.995%，以3℃/min的速度从室温升至脱蜡或脱胶烧结温度，脱蜡或脱胶烧结温度为450 ℃，保持时间为2.5h；
（8）WC双晶粒度分布的混合料脱蜡或脱胶后进行固相烧结，固相烧结的保温温度为1250℃，保温时间为2h；
（9）固相烧结后进行液相烧结，液相烧结温度为1390℃，烧结保温时间为4h，同时通入6 MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995%，温度偏差控制在±0.50 ℃内；
（10）液相烧结保温完毕后，随炉冷却至室温获得双晶结构硬质合金块体。
实施例2
如图4-5，一种双晶WC结构硬质合金，所述双晶WC结构硬质合金包括35.65wt%晶粒度为0.8～1.2μm的细WC粉，55.65wt%晶粒度为2.2～2.6μm的粗WC粉，8wt%晶粒度为1.0～1.2μm的Co粉，0.25%的VC粉，0.45% Cr2C3粉，所述双晶WC结构硬质合金具有典型的双峰晶粒度分布形态， WC包括两种晶粒度级别。
图4为本实施例获得的双晶WC结构硬质合金1000倍金相图；图5为本实施例获得的双晶WC结构硬质合金的WC粒度分布曲线，A为WC晶粒<0.5μm的峰，B为WC晶粒尺寸0.6～1.8μm的峰。
一种双晶WC结构硬质合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）按成分配方选取细WC粉，再加入 Co粉，其中Co粉的量为细WC粉占细WC粉质量的6%，再加入质量分数为0.3%十二烷基苯璜酸为分散剂，加入质量分数为2.2%石蜡为成型剂，以聚乙烯醇为湿磨溶剂介质，添加剂量为370ml/kg，装入球磨桶内，按球料比6:1加入YG6X硬质合金球，球直径6.25mm，称好合金球后装入球磨桶内，混合粉末和成型剂充分浸润后密封开始湿磨，球磨方式为滚动机球磨，转速为70转/分钟，球磨时间26h，得第一混合料浆；
（2）将第一混合料浆过80目筛；
（3）将过筛后的第一混合浆料置入真空干燥箱中干燥，干燥温度设置为90 ℃，干燥时间为1h，得预磨混合料；
（4）取步骤（3）所得预磨混合料，加入上述质量分数的粗WC粉、剩余Co粉，装入球磨桶中，加入质量分数为0.3%硬质酸为分散剂，加入质量分数为2.2%石蜡为成型剂、上述质量分数的VC粉，上述质量分数的Cr2C3粉，再加入湿磨介质，以已烷为湿磨溶剂介质，添加剂量为370ml/kg，按球料比2.5:1加入YG6X硬质合金球，合金球直径6.25mm，混合粉末和成型剂充分浸润后密封开始湿磨，球磨方式为滚动机球磨，转速为70转/分钟，球磨时间20h，得第二混合料浆；
（5）将第二混合料浆过100目筛；
（6）将过筛后的第二混合料浆置入干燥混合箱中干燥，干燥温度设置为80 ℃，干燥时间为2.0h，干燥后得WC双晶粒度分布的混合料；
（7）WC双晶粒度分布的混合料脱蜡或脱胶，脱蜡或脱胶烧结在真空或氢气条件下进行，真空度低于10Pa或氢气纯度高于99.995%，以4℃/min的速度从室温升至脱蜡或脱胶烧结温度，脱蜡或脱胶烧结温度为500 ℃，保持时间为1h；
（8）WC双晶粒度分布的混合料脱蜡或脱胶后进行固相烧结，固相烧结的保温温度为1220℃，保温时间为3h；
（9）固相烧结后进行液相烧结，液相烧结温度为1470℃，烧结保温时间为1h，同时通入5 MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995%，温度偏差控制在±0.50 ℃内；
（10）液相烧结保温完毕后，随炉冷却至室温获得双晶结构硬质合金块体。
实施例3
如图6-7，一种双晶WC结构硬质合金，所述双晶WC结构硬质合金包括35.65wt%晶粒度为0.8～1.2μm的细WC粉，55.65wt%晶粒度为2.2～2.6μm的粗WC粉，8wt%晶粒度为1.0～1.2μm的Co粉，0.25%的VC粉，0.45% Cr2C3粉，所述双晶WC结构硬质合金具有典型的双峰晶粒度分布形态，其中一个峰晶粒尺寸小于0.5μm，另一个峰晶粒尺寸大小为1.1μm，WC包括两种晶粒度级别。
图6为本实施例获得的双晶WC结构硬质合金1000倍金相图；图7为本实施例获得的双晶WC结构硬质合金的WC颗粒比例和体积比例统计分布直方图。
一种双晶WC结构硬质合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）按成分配方选取细WC粉，再加入 Co粉，其中Co粉的量为细WC粉占细WC粉质量的6%，再加入质量分数为0.3%乙索敏为分散剂，加入质量分数为2.2%橡胶为成型剂，以无水乙醇为湿磨溶剂介质，添加剂量为400ml/kg，装入球磨桶内，按球料比6:1加入YG6X硬质合金球，球直径6.25mm，称好合金球后装入球磨桶内，混合粉末和成型剂充分浸润后密封开始湿磨，球磨方式为滚动机球磨，转速为70转/分钟，球磨时间26h，得第一混合料浆；
（2）将第一混合料浆过100目筛；
（3）将过筛后的第一混合浆料置入真空干燥箱中干燥，干燥温度设置为80 ℃，干燥时间为1.5h，得预磨混合料；
（4）取步骤（3）所得预磨混合料，加入上述质量分数的粗WC粉、剩余Co粉，装入球磨桶中，加入质量分数为0.3%硬质酸为分散剂，加入质量分数为2.2%石蜡为成型剂、上述质量分数的VC粉，上述质量分数的Cr2C3粉，再加入湿磨介质，以已烷为湿磨溶剂介质，添加剂量为370ml/kg，按球料比2.5:1加入YG6X硬质合金球，合金球直径6.25mm，混合粉末和成型剂充分浸润后密封开始湿磨，球磨方式为滚动机球磨，转速为70转/分钟，球磨时间20h，得第二混合料浆；
（5）将第二混合料浆过100目筛；
（6）将过筛后的第二混合料浆置入干燥混合箱中干燥，干燥温度设置为80 ℃，干燥时间为2.0h，干燥后得WC双晶粒度分布的混合料；
（7）WC双晶粒度分布的混合料脱蜡或脱胶，脱蜡或脱胶烧结在真空或氢气条件下进行，真空度低于10Pa或氢气纯度高于99.995%，以5℃/min的速度从室温升至脱蜡或脱胶烧结温度，脱蜡或脱胶烧结温度为420℃，保持时间为3.5h；
（8）WC双晶粒度分布的混合料脱蜡或脱胶后进行固相烧结，固相烧结的保温温度为1330℃，保温时间为1h；
（9）固相烧结后进行液相烧结，液相烧结温度为1420℃，烧结保温时间为1.5h，同时通入4 MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995%，温度偏差控制在±0.50 ℃内；
（10）液相烧结保温完毕后，随炉冷却至室温获得双晶结构硬质合金块体。
实施例4
如图8-9，一种双晶WC结构硬质合金，所述双晶WC结构硬质合金包括27.55wt%晶粒度为9.0～10.0μm的细WC粉，63.65wt%晶粒度为27.0～30.0μm的粗WC粉，8wt%晶粒度为1.0～1.2μm的Co粉，0.35%的VC粉，0.45% Cr2C3粉，所述双晶WC结构硬质合金具有典型的双峰晶粒度分布形态，其中一个峰晶粒尺寸小于0.5μm，另一个峰晶粒尺寸大小为1.8μm，WC包括两种晶粒度级别，如图6，是本实施例的双晶WC结构硬质合金的WC晶粒分布曲线和截面金相照片。
图8为本实施例获得的双晶WC结构硬质合金的1000倍金相图；图9为本实施例获得的双晶WC结构硬质合金的WC颗粒比例和体积比例统计分布直方图。
一种双晶WC结构硬质合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）按上述质量分数，将各原料混合后加入步骤（1）中的质量分数为0.25%硬质酸为分散剂，加入质量分数为2.0%石蜡为成型剂，以已烷为湿磨溶剂介质，添加剂量为380ml/kg，装入球磨桶内，按球料比4.5:1加入YG6X硬质合金球，合金球直径6.25mm，球磨方式为滚动机球磨，转速为65转/分钟，球磨时间28h，得第三混合料浆，
（2）将第三混合料浆过120目筛；
（3）将过筛后的第三混合料浆置入干燥混合箱中干燥，干燥温度设置为80 ℃，干燥时间为2h，干燥后得WC双晶粒度分布的混合料；
（4）WC双晶粒度分布的混合料脱蜡或脱胶，脱蜡或脱胶烧结在真空或氢气条件下进行，真空度低于10Pa或氢气纯度高于99.995%，以3 ℃/min的速度从室温升至脱蜡或脱胶烧结温度，脱蜡或脱胶烧结温度为450℃，保持时间为3.5h；
（5）WC双晶粒度分布的混合料脱蜡或脱胶后进行固相烧结，固相烧结的保温温度为1250 ℃，保温时间为2h；
（6）固相烧结后进行液相烧结，液相烧结温度为1420℃，烧结保温时间为1.5h，同时通入5MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995%；
（7）液相烧结保温完毕后，随炉冷却至室温获得双晶结构硬质合金块体。
实施例5
如图10-11，一种双晶WC结构硬质合金，所述双晶WC结构硬质合金包括46.5wt%晶粒度为2.2～2.6μm的细WC，27.65wt%晶粒度为9.0～10.0μm的中粗WC，19wt%晶粒度为27.0～30.0μm的粗WC，6wt%晶粒度为1.0～1.2μm的Co粉，0.35%的VC粉，0.50% Cr2C3粉，所述双晶WC结构硬质合金具有典型的双峰晶粒度分布形态，其中一个峰晶粒尺寸小于0.5μm，另一个峰晶粒尺寸大小为1.6μm，WC包括三种晶粒度级别。
图10为本实施例获得的双晶WC结构硬质合金的1000倍金相图；图11为本实施例获得的双晶WC结构硬质合金的WC颗粒比例和体积比例统计分布直方图
一种双晶WC结构硬质合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）按上述质量分数，将各原料混合后加入步骤（1）中的质量分数为0.2%硬质酸为分散剂，质量分数为2.4%石蜡为成型剂，以已烷为湿磨溶剂介质，添加剂量为380ml/kg，装入球磨桶内，按球料比4:1加入YG6X硬质合金球，合金球直径6.25mm，球磨方式为滚动机球磨，转速为65转/分钟，球磨时间35h，得第三混合料浆，
（2）将第三混合料浆过120目筛；
（3）将过筛后的第三混合料浆置入干燥混合箱中干燥，干燥温度设置为80 ℃，干燥时间为2h，干燥后得WC双晶粒度分布的混合料；
（4）WC双晶粒度分布的混合料脱蜡或脱胶，脱蜡或脱胶烧结在真空或氢气条件下进行，真空度低于10Pa或氢气纯度高于99.995%，以3 ℃/min的速度从室温升至脱蜡或脱胶烧结温度，脱蜡或脱胶烧结温度为450 ℃，保持时间为3.5h；
（5）WC双晶粒度分布的混合料脱蜡或脱胶后进行固相烧结，固相烧结的保温温度为1250 ℃，保温时间为2h；
（6）固相烧结后进行液相烧结，液相烧结温度为1420 ℃，烧结保温时间为1.5h，同时通入5 MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995%，温度偏差控制在±0.50 ℃内；
（7）液相烧结保温完毕后，随炉冷却至室温获得双晶结构硬质合金块体。
取实施例1-5所得的双晶WC结构硬质合金，对比例1为一种均匀WC结构硬质合金，对比例2为一种传统双晶结构硬质合金，分别对各自性能进行检测，检测结果如表1。
表1双晶WC结构硬质合金的检测结果
矫顽磁力（KA/m） 硬度（HRA） 密度(g/cm3) 强度(N/mm2) 断裂韧性(MPa/m2)
实施例1 14.6 90.8 14.98 3720 15.3
实施例2 15.5 91.4 15.09 3850 15.9
实施例3 11.7 91.5 15.09 3730 16.1
实施例4 6.3 90.8 14.92 3560 18.6
实施例5 7.8 90.9 14.96 3590 17.5
对比例1 9.3 89.2 14.66 2880 12.6
对比例2 10.2 89.6 14.78 3010 12.3
由表1知，本申情 实施例1-3制备的双晶WC结构硬质合金，矫顽磁、硬度、密度、强度及断裂韧性均明显优于对比例1和对比例2；其中，实施例4-5由于制备方法不同于实施例1-3，制备的双晶WC结构硬质合金矫顽磁力较低，但硬度、密度、强度，尤其断裂韧性均优异，适用于硬度和耐磨性要求不高的产品。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通方法人员来说，在不脱离本申请方法方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种双晶WC结构硬质合金，其特征在于，所述双晶WC结构硬质合金组成为85～94wt% WC，4～15 wt% Co，0～1.5 wt% VC粉，0～0.5 wt% Cr2C3粉，所述双晶WC结构硬质合金具有典型的双峰晶粒度分布形态，WC包括两种或三种晶粒度级别；WC包括两种晶粒度级别，具体为晶粒度小于0.5μm的WC占15～45 wt%的细WC粉，晶粒度为0.6～1.8 μm的WC占50～85wt%的粗WC粉；WC包括三种晶粒度级别，晶粒度为2.2～2.6μm的WC占15～20%的细WC粉，晶粒度为9.0～10.0μm的WC占25～30%的中粗WC粉，晶粒度为18.0～22.0μm或者27.0～30.0μm的WC占45～55%的粗WC粉；所述一种双晶WC结构硬质合金的制备方法，包括如下步骤：
（1）按成分配方选取细WC粉，再加入 Co粉，其中Co粉的量为占细WC粉质量的4～15%，再取入分散剂、成型剂和湿磨介质，装入球磨桶内，按球料比3.0～8.0:1加入YG6X硬质合金球，球磨时间20～48h，得第一混合料浆；
（2）将第一混合料浆过80～120目筛；
（3）将过筛后的第一混合浆料置入真空干燥箱中干燥，得预磨混合料；
（4）取步骤（3）所得预磨混合料，加入上述质量分数的粗WC粉、剩余Co粉，装入球磨桶中，加入分散剂、成型剂、上述质量分数的VC，上述质量分数的Cr2C3粉，再加入湿磨介质，按球料比1.0～5:1加入YG6X硬质合金球，球磨时间12～36h，得第二混合料浆；
（5）将第二混合料浆过80～120目筛；
（6）将过筛后的第二混合料浆置入干燥混合箱中干燥，干燥后得WC双晶粒度分布的混合料；
（7）WC双晶粒度分布的混合料脱蜡或脱胶，脱蜡或脱胶烧结在真空或氢气条件下进行，真空度低于10Pa或氢气纯度高于99.995%，以3～5 ℃/min的速度从室温升至脱蜡或脱胶烧结温度，脱蜡或脱胶烧结温度为420～500 ℃，保持时间为1～3.5h；
（8）WC双晶粒度分布的混合料脱蜡或脱胶后进行固相烧结，固相烧结的保温温度为1200～1330 ℃，保温时间为1～3h；
（9）固相烧结后进行液相烧结，液相烧结温度为1390～1470 ℃，烧结保温时间为1～4h，同时通入1～10 MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995%；
（10）液相烧结保温完毕后，随炉冷却至室温获得双晶结构硬质合金块体；
其中，步骤（1）中的球料比大于步骤（4）中的球料比。
2.根据权利要求1所述的一种双晶WC结构硬质合金，其特征在于，具有典型的双峰晶粒度分布形态具体包括WC晶粒度一个峰小于0.5μm，颗粒百分比为15～45%，WC晶粒度另一个峰为0.6～1.8 μm，颗粒百分比为50～85%。
3.根据权利要求1所述的一种双晶WC结构硬质合金，其特征在于，WC包括两种晶粒度级别，具体为晶粒度为0.8～1.2μm的WC占15～45 wt %的细WC粉，晶粒度为2.2～2.6μm或者4.0～4.8μm的WC占50～80 wt %的粗WC粉。
4.根据权利要求1所述的一种双晶WC结构硬质合金，其特征在于，WC包括两种晶粒度级别，具体为晶粒度为2.2～2.6μm的WC占60～80%的细WC粉，晶粒度为9.0～10.0μm的WC占15～35%的粗WC粉。
5.根据权利要求1所述的一种双晶WC结构硬质合金，其特征在于，WC包括两种晶粒度级别，晶粒度为9.0～10.0μm的WC占15～30%的细WC粉，晶粒度为18.0～22.0μm或者27.0～30.0μm的WC占60～80%的粗WC粉。
6.根据权利要求1所述的一种双晶WC结构硬质合金，其特征在于，步骤（1）和步骤（4）中，分散剂为十二烷基苯璜酸、硬质酸或乙索敏中的一种，分散剂的质量百分比为0.2～0.5%，成型剂为橡胶、石蜡、或SBS中的一种，成型剂的质量百分比为1.8～3.5%，湿磨介质为已烷、聚乙烯醇或无水乙醇中的一种，湿磨介质的加入量为350～500 ml/kg。
7.根据权利要求1所述的一种双晶WC结构硬质合金，其特征在于，按权利要求1中所述的质量分数，将各原料混合后加入步骤（1）中的分散剂、成型剂和湿磨介质，装入球磨桶内，按球料比4～6:1加入YG6X硬质合金球，球磨时间20～36h，得第三混合料浆，之后从步骤（5）开始，依次进行后面的步骤，制得双晶结构硬质合金块体。
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