CN111155019A - 一种稀土复合铁钼强化镍基硬质合金及其制备方法和应用 - Google Patents

一种稀土复合铁钼强化镍基硬质合金及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种稀土复合铁钼强化镍基硬质合金及其制备方法和应用，属于镍基硬质合金技术领域。本发明中稀土复合铁钼强化镍基硬质合金不含Co元素，按质量份数计，包括以下制备原料：WC粉80～90份，Ni粉6～15份，Fe粉3～10份，Mo粉0.5～5份，稀土复合抑制剂粉末0.5～0.8份；稀土复合抑制剂粉末的制备原料为CeO2粉、Y2O3粉、TaC粉和VC粉，所述CeO2粉、Y2O3粉、TaC粉和VC粉的质量比为10～15：5～15：1～10：60～85。本发明利用配合稀土复合抑制剂净化晶界、细化晶粒的特性，结合Fe和Mo固溶强化作用，提高所得稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的硬度、抗弯强度。

Description

一种稀土复合铁钼强化镍基硬质合金及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及镍基硬质合金技术领域，尤其涉及一种稀土复合铁钼强化镍基硬质合金及其制备方法和应用。
背景技术
硬质合金是以难熔金属碳化物为硬质相，粘结金属作为粘结相，采用粉末冶金法制备而成。它结合了高硬度的难熔金属碳化物和较好塑性的粘结金属的优点，被广泛地应用于精密制造、勘探采掘等领域。一直以来，硬质合金中常见的硬质相主要是WC、TiC等，而金属钴因其对WC良好的润湿性和粘结性，使WC-Co硬质合金具有高的强度、硬度和耐磨性等一系列优异性能，在硬质合金领域有着突出的地位。然而，金属钴不仅在硬质合金领域需求较多，在新能源电池领域也有着很大的用量，使其价格波动大且易受到限制。
目前，国内外都在加紧进行新型代钴硬质合金的研发，虽然以Fe、Ni或其它中间化合物代钴作为粘结相降低了成本，但其力学性能与WC-Co硬质合金仍存在一定的差距。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稀土复合铁钼强化镍基硬质合金及其制备方法和应用，本发明提供的稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的硬度和抗弯强度高。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种稀土复合铁钼强化镍基硬质合金，不含Co元素，按质量份数计，包括以下制备原料：
WC粉80～90份，Ni粉6～15份，Fe粉3～10份，Mo粉0.5～5份，稀土复合抑制剂粉末0.5～0.8份；
所述稀土复合抑制剂粉末的制备原料为CeO2粉、Y2O3粉、TaC粉和VC粉，所述CeO2粉、Y2O3粉、TaC粉和VC粉的质量比为10～15：5～15：1～10：60～85。
优选地，所述CeO2粉、Y2O3粉、TaC粉和VC粉的粒度独立地≤2μm。
优选地，所述WC粉的纯度≥99.9％，粒度为10～15μm。
优选地，所述Ni粉、Fe粉和Mo粉的纯度独立地≥99.5％，粒度独立地为1～3μm。
本发明提供了上述技术方案所述稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
将稀土复合抑制剂粉末的制备原料混合后进行第一球磨，得到稀土复合抑制剂粉末；
将稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的制备原料混合后进行第二球磨，之后依次进行压制成型、低压烧结和时效处理，得到稀土复合铁钼强化镍基硬质合金；所述低压烧结的温度为1300～1450℃，压力为5～8MPa。
优选地，所述压制成型为冷等静压成型，压制强度为80～160MPa。
优选地，所述低压烧结前还包括：对压制成型得到的成型件进行脱脂处理，所述脱脂处理在氢气保护条件下进行，所述脱脂处理的温度为200～500℃，时间为8～12h。
优选地，所述低压烧结的压力由氩气提供，所述低压烧结的时间为30～90min。
优选地，所述时效处理在真空条件下进行，所述时效处理的温度为800～1000℃，时间为0.5～1.5h。
本发明提供了上述技术方案所述稀土复合铁钼强化镍基硬质合金或上述技术方案所述制备方法制备得到的稀土复合铁钼强化镍基硬质合金在地矿工具中的应用。
本发明提供了一种稀土复合铁钼强化镍基硬质合金，不含Co元素，按质量份数计，包括以下制备原料：WC粉80～90份，Ni粉6～15份，Fe粉3～10份，Mo粉0.5～5份，稀土复合抑制剂粉末0.5～0.8份；所述稀土复合抑制剂粉末的制备原料为CeO2粉、Y2O3粉、TaC粉和VC粉，所述CeO2粉、Y2O3粉、TaC粉和VC粉的质量比为10～15：5～15：1～10：60～85。本发明以WC作为硬质相，以Ni作为粘结相，配合稀土复合抑制剂净化晶界、细化晶粒的特性，同时结合Fe和Mo固溶强化作用，有利于促进元素扩散强化，消除内部微观应力，提高所得稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的硬度和抗弯强度。
本发明提供了上述技术方案所述稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的制备方法，包括以下步骤：将稀土复合抑制剂粉末的制备原料混合后进行第一球磨，得到稀土复合抑制剂粉末；将稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的制备原料混合后进行第二球磨，之后依次进行压制成型、低压烧结和时效处理，得到稀土复合铁钼强化镍基硬质合金；所述低压烧结的温度为1300～1450℃，压力为5～8MPa。本发明利用球磨可以将各组分均匀混合，通过压制成型和低压烧结后可形成晶粒尺寸搭配及分布合理的硬质合金组织，有效的避免了“镍池”、“团聚”等问题的出现；对低压烧结后所得材料进行时效处理，可以促进镍粘结相中Fe、Mo、V、Ta、Y、Ce的充分扩散，消除内部微观应力，提高所得稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的强韧性，从而实现适用于地矿领域的低成本中颗粒镍基硬质合金的产业制备。
附图说明
图1为本发明制备稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的流程图；
图2为实施例1制备的稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的微观组织扫描电镜图；
图3为实施例4制备的稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的微观组织扫描电镜图；
图4为实施例1制备的稀土复合铁钼强化镍基硬质合金与对比例1制备的镍基硬质合金的金相组织图。
具体实施方式
本发明提供了一种稀土复合铁钼强化镍基硬质合金，不含Co元素，按质量份数计，包括以下制备原料：
WC粉80～90份，Ni粉6～15份，Fe粉3～10份，Mo粉0.5～5份，稀土复合抑制剂粉末0.5～0.8份；
所述稀土复合抑制剂粉末的制备原料为CeO2粉、Y2O3粉、TaC粉和VC粉，所述CeO2粉、Y2O3粉、TaC粉和VC粉的质量比为10～15：5～15：1～10：60～85。
按质量份数计，本发明中稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的制备原料包括WC粉80～90份，优选为85～90份。在本发明中，所述WC粉的纯度优选≥99.9％、粒度优选为10～15μm。
以所述WC粉的质量份数为基准，本发明中稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的制备原料包括Ni粉6～15份，优选为6～10份。在本发明中，所述Ni粉的纯度优选≥99.5％，粒度优选为1～3μm。
以所述WC粉的质量份数为基准，本发明中稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的制备原料包括Fe粉3～10份，优选为3～6份。在本发明中，所述Fe粉的纯度优选≥99.5％，粒度优选为1～3μm。
以所述WC粉的质量份数为基准，本发明中稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的制备原料包括Mo粉0.5～5份，优选为0.5～2份。在本发明中，所述Mo粉的纯度优选≥99.5％，粒度优选为1～3μm。
以所述WC粉的质量份数为基准，本发明中稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的制备原料包括稀土复合抑制剂粉末0.5～0.8份，优选为0.6～0.8份。在本发明中，所述稀土复合抑制剂粉末的制备原料为CeO2粉、Y2O3粉、TaC粉和VC粉，所述CeO2粉、Y2O3粉、TaC粉和VC粉的质量比为10～15：5～15：1～10：60～85，优选为10～12：5～8：1～3：80～85。在本发明中，所述CeO2粉、Y2O3粉、TaC粉和VC粉的粒度优选独立地≤2μm。
本发明提供的稀土复合铁钼强化镍基硬质合金中，通过在镍粘结相中添加Fe、Mo等合金元素实现对Co粘结相的全部替代，有利于实现低成本高性能硬质合金的制备，可以用于制备地矿工具。具体的，稀土复合抑制剂与Fe、Mo合金化共同作用，可以细化晶粒，净化晶界，少部分细晶粒WC为硬质合金提供高的硬度、抗弯强度；剩余部分较大WC晶粒则提供一定的冲击韧性，制备出致密且性能好的中颗粒硬质合金。其中，CeO2、Y2O3、VC、TaC制成的稀土复合抑制剂发挥细化晶粒、净化晶界的作用，尤其TaC的添加能提高合金的高温稳定性；在镍粘结相中添加Fe一定程度上可以细化晶粒提升硬度，并进一步降低成本，但也会降低粘结相的润湿性；而Mo的添加可以改善镍粘结相的润湿性与强度，也同样具有细化晶粒的作用，从而形成多元有序固溶体，抑制WC晶粒在Ni中的溶解，强化粘结相强度与润湿性。本发明提供的稀土复合铁钼强化镍基硬质合金中，具有两种晶粒尺寸的WC晶粒，小尺寸晶粒环绕在大尺寸晶粒周围；WC平均晶粒度介于1.4～3.4μm，优选为2.4～2.9μm；稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的硬度为86.5～90.5HRA，抗弯强度为2950～3180MPa。
本发明提供了上述技术方案所述稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的制备方法，包括以下步骤；
将稀土复合抑制剂粉末的制备原料混合后进行第一球磨，得到稀土复合抑制剂粉末；
将稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的制备原料混合后进行第二球磨，之后依次进行压制成型、低压烧结和时效处理，得到稀土复合铁钼强化镍基硬质合金；所述低压烧结的温度为1300～1450℃，压力为5～8MPa。
本发明将稀土复合抑制剂粉末的制备原料混合后进行第一球磨，得到稀土复合抑制剂粉末。本发明利用第一球磨实现稀土复合抑制剂粉末的制备原料的均匀破碎混合。在本发明中，所述第一球磨优选为湿磨，所述第一球磨的条件优选包括：所用磨球为Φ6.0mm的YG8硬质合金球，球磨介质为无水乙醇，制备原料混合后所得混合粉料和磨球的总质量与球磨介质的体积比为1kg：50～100mL(记为液固比为50～100mL/kg)，球料比为5～10：1(球料比即混合粉料和磨球的质量比)，球磨时间为12～24h；第一球磨过程采用氩气保护。
所述第一球磨后，本发明优选将所得第一球磨物料真空干燥，之后过40目筛网擦筛制粒，筛下组分即为稀土复合抑制剂粉末。本发明对所述真空干燥和擦筛制粒的方法没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方法即可。本发明采用上述方法有利于得到流动性良好的稀土复合抑制剂粉末。
得到稀土复合抑制剂粉末后，本发明将稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的制备原料混合后进行第二球磨，得到硬质合金的原料混合料。本发明利用第二球磨实现稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的制备原料的均匀破碎混合。在本发明中，所述第二球磨优选为湿磨，所述第二球磨的条件优选包括：添加占所述稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的制备原料总质量2.2～2.5％的聚乙二醇(PEG)作为成型剂，所用磨球为Φ10.0和Φ6.0的YG8硬质合金球(Φ10.0mm的YG8硬质合金球与Φ6.0mm的YG8硬质合金球的质量比为2～5：1)，球磨介质为无水乙醇，制备原料混合后所得混合粉料和磨球的总质量与球磨介质的体积比为1kg：50～100mL(记为液固比为50～100mL/kg)，球料比为2～6：1，球磨时间为16～24h；第二球磨过程采用氩气保护。
所述第二球磨后，本发明优选将所得第二球磨物料真空干燥，之后过60目筛网擦筛制粒，筛下组分即为硬质合金的原料混合料。本发明对所述真空干燥和擦筛制粒的方法没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方法即可。
本发明采用上述方法有利于得到流动性良好的原料混合料，尤其是利用球磨一方面可以实现各组分的均匀混合，另一方面通过控制球磨条件，可以实现对部分WC粉的破碎，因此球磨完成后的原料混合料中具有两种粒度的WC晶粒，通过添加的稀土复合抑制剂可以抑制后续低压烧结过程中WC晶粒的长大(也防止了小晶粒被大晶粒吞噬)，从而使最终所得镍基硬质合金中具有两种晶粒尺寸的WC晶粒，小尺寸晶粒环绕在大尺寸晶粒周围，具有良好的微观组织形态，而且小尺寸晶粒填充了大尺寸晶粒之间的空隙，也一定程度上抑制了“镍池”的出现，从而使硬质合金具有良好的力学性能；同时，大尺寸晶粒可以提供一定的冲击韧性，最终制备出致密且性能好的中颗粒硬质合金(即硬质合金晶粒尺寸介于1.4～3.4μm)。
得到原料混合料后，本发明将所述原料混合料依次进行压制成型、低压烧结和时效处理，得到稀土复合铁钼强化镍基硬质合金。在本发明中，所述压制成型优选为冷等静压成型，压制强度优选为80～160MPa，更优选为100～130MPa。完成所述压制成型后，本发明优选对所得成型件进行表观质量检验，以检验其表面是否存在裂纹，合格制件进行后续流程；本发明对表观质量检验的方法没有特殊限定，采用本领域常规方法即可。
在本发明中，所述低压烧结前优选还包括：对压制成型得到的成型件进行脱脂处理，所述脱脂处理优选在氢气气氛下进行，所述脱脂处理的温度优选为200～500℃，更优选为260～460℃，时间优选为8～12h，更优选为10～12h。在本发明中，所述低压烧结的温度优选为1300～1450℃，压力优选为5～8MPa；所述低压烧结的压力优选由氩气提供，所述低压烧结的时间优选为30～90min。完成所述低压烧结后，本发明优选将所得材料随炉冷却至室温后出炉。在本发明中，当所述制备方法优选包括脱脂处理时，所述脱脂处理和低压烧结优选在脱脂-烧结一体化炉中进行。
在本发明中，所述时效处理优选在真空条件下进行，所述时效处理的温度优选为800～1000℃，具体可以为800℃、900℃或1000℃；时间优选为0.5～1.5h，更优选为1～1.5h。在本发明中，所述时效处理优选在真空热处理炉中进行。
完成所述时效处理后，本发明优选将所得硬质合金炉冷到室温后出炉，经打磨抛光后，得到稀土复合铁钼强化镍基硬质合金。
图1为本发明制备稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的流程图，将CeO2粉、Y2O3粉、VC粉和TaC粉混合后进行第一球磨，干燥过筛后得到稀土复合抑制剂粉末；将所述稀土复合抑制剂粉末与WC粉、Ni粉、Fe粉、Mo粉混合后进行第二球磨，干燥过筛后依次进行压制成型、脱脂处理、低压烧结和时效处理，最后经打磨抛光后，得到稀土复合铁钼强化镍基硬质合金产品。
本发明提供了上述技术方案所述稀土复合铁钼强化镍基硬质合金或上述技术方案所述制备方法制备得到的稀土复合铁钼强化镍基硬质合金在地矿工具中的应用。在本发明中，所述稀土复合铁钼强化镍基硬质合金优选可以用于制备球齿、钎片等采矿钻掘工具。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中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
本实施例中制备稀土复合铁钼强化镍基硬质合金包括以下步骤：
将CeO2粉、Y2O3粉、VC粉和TaC粉混合，得到第一混合粉料；其中，所述CeO2粉、Y2O3粉、VC粉和TaC粉的质量比为12：5：80：3，且各粉末粒度均≤2μm；
将所述第一混合粉料加入到球磨桶中，采用Φ6.0mm的YG8硬质合金球，在氩气保护条件下进行球磨，将球磨后所得物料经真空干燥后过40目筛网擦筛制粒，得到稀土复合抑制剂粉末；其中，球磨介质为无水乙醇，液固比为100mL/kg，球料比为10：1，球磨时间为18h；
按质量份数计，将88份WC粉、7.2份Ni粉、3.6份Fe粉、0.5份Mo粉和0.7份稀土复合抑制剂粉末混合，得到第二混合粉料；其中，所述WC粉的纯度≥99.9％、粒度为10～15μm；Ni粉、Fe粉和Mo粉的纯度均≥99.5％，粒度均在1～3μm范围内；
将所述第二混合粉料加入到球磨桶中，并加入占所述第二混合粉料质量2.5％的聚乙二醇(PEG)作为成型剂，采用Φ10.0mm和Φ6.0mm的YG8硬质合金球(Φ10.0mm的YG8硬质合金球与Φ6.0mm的YG8硬质合金球的质量比为3：1)，在氩气保护条件下进行球磨，将球磨后所得物料经真空干燥后过60目筛网擦筛制粒，得到原料混合料；其中，球磨介质为无水乙醇，液固比为100mL/kg，球料比为4：1，球磨时间为20h；
将所述原料混合料装入模具中，采用冷等静压法将所述原料混合料压制成型(冷等静压压制强度为100MPa)，并对成型后所得成型件进行表观质量检验；
将表观质量检验合格的成型件装入脱脂-烧结一体化炉中，在氢气气氛下进行脱脂后，在压力为5MPa(氩气提供)、温度为1430℃的条件下，保温保压60min进行低压烧结，低压烧结后随炉冷却，得到硬质合金前驱体；
将所述硬质合金前驱体装入真空热处理炉中，在温度为900℃条件下，保温1h进行时效处理，随后炉冷到室温后出炉，经打磨抛光后，得到稀土复合铁钼强化镍基硬质合金。
实施例2
本实施例中制备稀土复合铁钼强化镍基硬质合金包括以下步骤：
将CeO2粉、Y2O3粉、VC粉和TaC粉混合，得到第一混合粉料；其中，所述CeO2粉、Y2O3粉、VC粉和TaC粉的质量比为13：10：75：2，且各粉末粒度均≤2μm；
将所述第一混合粉料加入到球磨桶中，采用Φ6.0mm的YG8硬质合金球，在氩气保护条件下进行球磨，将球磨后所得物料经真空干燥后过40目筛网擦筛制粒，得到稀土复合抑制剂粉末；其中，球磨介质为无水乙醇，液固比为100mL/kg，球料比为10：1，球磨时间为18h；
按质量份数计，将86份WC粉、6.2份Ni粉、6.2份Fe粉、1份Mo粉和0.6份稀土复合抑制剂粉末混合，得到第二混合粉料；其中，所述WC粉的纯度≥99.9％、粒度为10～15μm；Ni粉、Fe粉和Mo粉的纯度均≥99.5％，粒度均在1～3μm范围内；
将所述第二混合粉料加入到球磨桶中，并加入占所述第二混合粉料质量2.5％的聚乙二醇(PEG)作为成型剂，采用Φ10.0mm和Φ6.0mm的YG8硬质合金球(Φ10.0mm的YG8硬质合金球与Φ6.0mm的YG8硬质合金球的质量比为4：1)，在氩气保护条件下进行球磨，将球磨后所得物料经真空干燥后过60目筛网擦筛制粒，得到原料混合料；其中，球磨介质为无水乙醇，液固比为100mL/kg，球料比为5：1，球磨时间为24h；
将所述原料混合料装入模具中，采用冷等静压法将所述原料混合料压制成型(冷等静压压制强度为130MPa)，并对成型后所得成型件进行表观质量检验；
将表观质量检验合格的成型件装入脱脂-烧结一体化炉中，在氢气气氛下进行脱脂后，在压力为5MPa(氩气提供)、温度为1410℃的条件下，保温保压80min进行低压烧结，低压烧结后随炉冷却，得到硬质合金前驱体；
将所述硬质合金前驱体装入真空热处理炉中，在温度为1000℃条件下，保温1h进行时效处理，随后炉冷到室温后出炉，经打磨抛光后，得到稀土复合铁钼强化镍基硬质合金。
实施例3
本实施例中制备稀土复合铁钼强化镍基硬质合金包括以下步骤：
将CeO2粉、Y2O3粉、VC粉和TaC粉混合，得到第一混合粉料；其中，所述CeO2粉、Y2O3粉、VC粉和TaC粉的质量比为15：15：68：2，且各粉末粒度均≤2μm；
将所述第一混合粉料加入到球磨桶中，采用Φ6.0mm的YG8硬质合金球，在氩气保护条件下进行球磨，将球磨后所得物料经真空干燥后过40目筛网擦筛制粒，得到稀土复合抑制剂粉末；其中，球磨介质为无水乙醇，液固比为100mL/kg，球料比为10：1，球磨时间为18h；
按质量份数计，将85份WC粉、8份Ni粉、5份Fe粉、1.2份Mo粉和0.8份稀土复合抑制剂粉末混合，得到第二混合粉料；其中，所述WC粉的纯度≥99.9％、粒度为10～15μm；Ni粉、Fe粉和Mo粉的纯度均≥99.5％，粒度均在1～3μm范围内；
将所述第二混合粉料加入到球磨桶中，并加入占所述第二混合粉料质量2.5％的聚乙二醇(PEG)作为成型剂，采用Φ10.0mm和Φ6.0mm的YG8硬质合金球(Φ10.0mm的YG8硬质合金球与Φ6.0mm的YG8硬质合金球的质量比为3：1)，在氩气保护条件下进行球磨，将球磨后所得物料经真空干燥后过60目筛网擦筛制粒，得到原料混合料；其中，球磨介质为无水乙醇，液固比为100mL/kg，球料比为3：1，球磨时间为18h；
将所述原料混合料装入模具中，采用冷等静压法将所述原料混合料压制成型(冷等静压压制强度为110MPa)，并对成型后所得成型件进行表观质量检验；
将表观质量检验合格的成型件装入脱脂-烧结一体化炉中，在氢气保护条件下进行脱脂后，在压力为5MPa(氩气提供)、温度为1410℃的条件下，保温保压50min进行低压烧结，低压烧结后随炉冷却，得到硬质合金前驱体；
将所述硬质合金前驱体装入真空热处理炉中，在温度为800℃条件下，保温1.5h进行时效处理，随后炉冷到室温后出炉，经打磨抛光后，得到稀土复合铁钼强化镍基硬质合金。
实施例4
本实施例中制备稀土复合铁钼强化镍基硬质合金包括以下步骤：
将CeO2粉、Y2O3粉、VC粉和TaC粉混合，得到第一混合粉料；其中，所述CeO2粉、Y2O3粉、VC粉和TaC粉的质量比为13：12：74：1，且各粉末粒度均≤2μm；
将所述第一混合粉料加入到球磨桶中，采用Φ6.0mm的YG8硬质合金球，在氩气保护条件下进行球磨，将球磨后所得物料经真空干燥后过40目筛网擦筛制粒，得到稀土复合抑制剂粉末；其中，球磨介质为无水乙醇，液固比为100mL/kg，球料比为5：1，球磨时间为20h；
按质量份数计，将85份WC粉、10份Ni粉、3份Fe粉、1.5份Mo粉和0.5份稀土复合抑制剂粉末混合，得到第二混合粉料；其中，所述WC粉的纯度≥99.9％、粒度为10～15μm；Ni粉、Fe粉和Mo粉的纯度均≥99.5％，粒度均在1～3μm范围内；
将所述第二混合粉料加入到球磨桶中，并加入占所述第二混合粉料质量2.5％的聚乙二醇(PEG)作为成型剂，采用Φ10.0mm和Φ6.0mm的YG8硬质合金球(Φ10.0mm的YG8硬质合金球与Φ6.0mm的YG8硬质合金球的质量比为4：1)，在氩气保护条件下进行球磨，将球磨后所得物料经真空干燥后过60目筛网擦筛制粒，得到原料混合料；其中，球磨介质为无水乙醇，液固比为100mL/kg，球料比为5：1，球磨时间为22h；
将所述原料混合料装入模具中，采用冷等静压法将所述原料混合料压制成型(冷等静压压制强度为100MPa)，并对成型后所得成型件进行表观质量检验；
将表观质量检验合格的成型件装入脱脂-烧结一体化炉中，在氢气气氛下进行脱脂后，在压力为5MPa(氩气提供)、温度为1430℃的条件下，保温保压40min进行低压烧结，低压烧结后随炉冷却，得到硬质合金前驱体；
将所述硬质合金前驱体装入真空热处理炉中，在温度为1000℃条件下，保温1h进行时效处理，随后炉冷到室温后出炉，经打磨抛光后，得到稀土复合铁钼强化镍基硬质合金。
对比例1
参照实施例1的制备原料和方法制备镍基硬质合金，不同之处在于，不添加Fe粉、Mo粉和稀土复合抑制剂粉末，采用镍粉代替Fe粉、Mo粉和稀土复合抑制剂粉末的配比，即第二混合粉料的组成为：88份WC粉、12份Ni粉。
对比例2
参照实施例1的制备原料和方法制备镍基硬质合金，不同之处在于，采用普通抑制剂VC粉代替稀土复合抑制剂粉末，即第二混合粉料的组成为：88份WC粉、7.2份Ni粉、3.6份Fe粉、0.5份Mo粉和0.7份VC粉。
对比例3
参照实施例1的制备原料和方法制备镍基硬质合金，不同之处在于，不添加Fe粉和Mo粉，且采用镍粉代替Fe粉和Mo粉的配比，即第二混合粉料的组成为：88份WC粉、11.3份Ni粉和0.7份稀土复合抑制剂粉末。
对比例4
参照实施例1的制备原料和方法制备镍基硬质合金，不同之处在于，不添加Mo粉，且采用镍粉代替Mo粉的配比，即第二混合粉料的组成为：88份WC粉、7.7份Ni粉、3.6份Fe粉和0.7份稀土复合抑制剂粉末。
表征和性能测试
图2为实施例1制备的稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的微观组织扫描电镜图，图2中，(a)为100倍扫描电镜图，标尺为100μm，(b)为3000倍扫描电镜图，标尺为5μm。由图2中的(a)可知，合金组织致密均匀，无石墨或孔洞等缺陷，展现出优良的宏观组织；由图2中的(b)可知，微观合金组织由两相组成，即白色WC+黑色Ni粘结相。且由图2可知，实施例1制备的稀土复合铁钼强化镍基硬质合金中存在两种不同尺寸的WC晶粒，小尺寸晶粒环绕在大尺寸晶粒周围，具有良好的微观组织形态，小尺寸晶粒填充了大尺寸晶粒之间的空隙，也一定程度上抑制了“镍池”的出现，从而使硬质合金具有良好的力学性能。
图3为实施例4制备的稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的微观组织扫描电镜图，图3中，(a)为100倍扫描电镜图，标尺为100μm，(b)为3000倍扫描电镜图，标尺为5μm。与图2中稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的组织结构相类似，图3中的(a)显示合金组织较为致密均匀，组织结构无缺陷，具有优良的宏观组织；图3中的(b)显示微观合金组织由白色WC+黑色Ni粘结相组成，具有良好的微观组织形态；且通过增加合金中粘结相总量及调控其成分，与实施例1制备的稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的组织相比，实施例4制备的稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的WC晶粒尺寸更大。
图4为实施例1制备的稀土复合铁钼强化镍基硬质合金与对比例1制备的镍基硬质合金的金相组织图，图4中，(a)对应实施例1制备的稀土复合铁钼强化镍基硬质合金，标尺为10μm，(b)对应对比例1制备的镍基硬质合金。由图4可知，实施例1制备的稀土复合铁钼强化镍基硬质合金中WC晶粒尺寸整体较小，较大WC晶粒尺寸分布较为均匀，而对比例1制备的镍基硬质合金中WC晶粒尺寸整体较为粗大，且大尺寸WC晶粒分布欠均匀。因此，本发明提供的稀土复合铁钼强化镍基硬质合金具有更优良的组织结构与性能。
对实施例1～4和对比例1～4中镍基硬质合金进行性能测试，具体如下：
将10wt.％的铁氰化钾溶液和10wt.％的氢氧化钠溶液按体积比1:1混合，利用所得混合溶液对抛光后的镍基硬质合金试样表面进行腐蚀，通过光学显微镜(LV1500，尼康)观察试样的金相组织；采用扫描电镜(TM3030)观察试样的显微组织，采集并估算晶粒尺寸；采用洛氏硬度计(FR-3R)测试试样的硬度，加载力为1kg，保压时间为10s；按GB/T3851-1983标准，使用WDW-100万能力学试验机测试试样的抗弯强度，跨距为14.5mm；采用三点弯曲法测试试样的抗弯强度。测试结果见表1。
表1实施例1～4和对比例1～4中镍基硬质合金的性能测试结果
编号 WC平均晶粒度(μm) 硬度(HRA) 抗弯强度(MPa)
实施例1 2.4 90.5 3150
实施例2 2.5 88.5 2950
实施例3 2.7 87.5 3180
实施例4 2.9 86.5 2970
对比例1 3.8 83.0 2350
对比例2 3.0 84.5 2540
对比例3 3.5 83.5 2310
对比例4 3.2 84.0 2460
由表1可知本发明充分发挥材料特性，显著提升了镍基硬质合金力学性能，同时采用低压烧结的方式，所制备的稀土复合铁钼强化中颗粒镍基硬质合金具有低成本高性能，从而有利于实现适用于地矿领域的镍基硬质合金的产业化制备。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种稀土复合铁钼强化镍基硬质合金，其特征在于，不含Co元素，按质量份数计，包括以下制备原料：
WC粉80～90份，Ni粉6～15份，Fe粉3～10份，Mo粉0.5～5份，稀土复合抑制剂粉末0.5～0.8份；
所述稀土复合抑制剂粉末的制备原料为CeO2粉、Y2O3粉、TaC粉和VC粉，所述CeO2粉、Y2O3粉、TaC粉和VC粉的质量比为10～15：5～15：1～10：60～85。
2.根据权利要求1所述的稀土复合铁钼强化镍基硬质合金，其特征在于，所述CeO2粉、Y2O3粉、TaC粉和VC粉的粒度独立地≤2μm。
3.根据权利要求1所述的稀土复合铁钼强化镍基硬质合金，其特征在于，所述WC粉的纯度≥99.9％，粒度为10～15μm。
4.根据权利要求1所述的稀土复合铁钼强化镍基硬质合金，其特征在于，所述Ni粉、Fe粉和Mo粉的纯度独立地≥99.5％，粒度独立地为1～3μm。
5.权利要求1～4任一项所述稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将稀土复合抑制剂粉末的制备原料混合后进行第一球磨，得到稀土复合抑制剂粉末；
将稀土复合铁钼强化镍基硬质合金的制备原料混合后进行第二球磨，之后依次进行压制成型、低压烧结和时效处理，得到稀土复合铁钼强化镍基硬质合金；所述低压烧结的温度为1300～1450℃，压力为5～8MPa。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述压制成型为冷等静压成型，压制强度为80～160MPa。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述低压烧结前还包括：对压制成型得到的成型件进行脱脂处理，所述脱脂处理在氢气保护条件下进行，所述脱脂处理的温度为200～500℃，时间为8～12h。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述低压烧结的压力由氩气提供，所述低压烧结的时间为30～90min。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述时效处理在真空条件下进行，所述时效处理的温度为800～1000℃，时间为0.5～1.5h。
10.权利要求1～4任一项所述稀土复合铁钼强化镍基硬质合金或权利要求5～9任一项所述制备方法制备得到的稀土复合铁钼强化镍基硬质合金在地矿工具中的应用。
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