CN112251658A - 一种超细晶粒梯度硬质合金及其制备方法和应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金技术领域，涉及切削刀具材料，更具体的涉及一种超细晶粒梯度硬质合金及其制备方法和应用方法。其技术要点如下：按照重量份数计算，包括如下组分：Ti（C，N）5~8份，（Ta，Nb）/SiC 2~3份，Bi/（Mn，Fe）B 2~3份，Co粉1~2份，VC1~2份，石墨烯0.5~1份，Cr3C2 1~2份，WC 95~105份。本发明提供的超细晶粒梯度硬质合金，有效提高合金的硬度和抵抗塑性变形能力；同时使硬质合金材料的膨胀系数与涂层保持一致，避免了由于涂层与刀具基体之间的膨胀系数的差异导致的高温下出现裂缝，极大的延长了切削刀具的使用寿命。

Description

一种超细晶粒梯度硬质合金及其制备方法和应用方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及切削刀具材料，更具体的涉及一种超细晶粒梯度硬质合金及其制备方法和应用方法。
背景技术
硬质合金是一种以难熔金属化合物(WC，TiC，TaC，NbC等)为硬质相，以过渡族金属(Fe，Co，Ni)为粘结相，通过粉末烧结方法制备的一种合金材料，具有较高的强度和硬度，耐磨性较好等优点，主要被用来制作刀具，广泛应用在切削加工领域。近年来，随着材料科学和机械加工行业的发展，对硬质合金刀具材料高速连续切削条件下的耐磨性能、强度、硬度和抵抗塑性变形能力等提出了越来越高的要求。超细晶硬质合金因晶粒细小，强度和硬度较高，作为刀具材料使用在机械加工领域显示出非常优越的使用性能，可以满足现代加工工业对材料加工用刀具材料性能的要求，是未来硬质合金的发展趋势。
有鉴于上述现有的超细晶粒梯度硬质合金存在的缺陷，本发明人基于从事此类材料多年丰富经验及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，开发一种超细晶粒梯度硬质合金及其制备方法和应用方法，制备出的超细晶粒梯度硬质合金材料能够有效提高合金的硬度和抵抗塑性变形能力；同时使硬质合金材料的膨胀系数与涂层保持一致，避免了由于涂层与刀具基体之间的膨胀系数的差异导致的高温下出现裂缝，极大的延长了切削刀具的使用寿命，具有产业价值。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种超细晶粒梯度硬质合金，有效提高合金的硬度和抵抗塑性变形能力；同时使硬质合金材料的膨胀系数与涂层保持一致，避免了由于涂层与刀具基体之间的膨胀系数的差异导致的高温下出现裂缝，极大的延长了切削刀具的使用寿命。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提供的一种超细晶粒梯度硬质合金，按照重量份数计算，包括如下组分：Ti(C，N)5～8份，(Ta，Nb)/SiC 2～3份，Bi/(Mn，Fe)B 2～3份，Co粉1～2份，VC1～2份，石墨烯0.5～1份，Cr3C21～2份，WC 95～105份。
进一步的，(Ta，Nb)/SiC为多孔SiC骨架上沉积Ta或Nb后制得的纳米颗粒。
其制备方法如下，先将基体材料用40％HF：68％HNO3：H2O＝1:5:6混合溶液超声震荡后，用干燥氮气吹干，置入反应器内；(2)连接好进/排气管道装置，检查反应腔密封情况，抽极限真空后通入氩气，反复3次以减少氧含量，防止SiC支架表面氧化；(3)将粒径为400目的五氯化钽或五氯化铌粉末放入源罐中，加热至150℃，以高温氩气(300℃)为载气通入至反应室，载气流量为分别为210，180和150ml/min反应室温度分别调至为800℃、900℃、1000℃，(4)反应室真空度为10Pa，反应室中通入以氩气为载气通入五氯化钽粉末的同时，以150ml/min流量通入氢气，(5)还原反应10h，关闭氢气，通氩气保护降温。使还原成金属粉末的钽金属均匀沉积于多孔碳化硅支架表面以及其空隙表面，得到多孔钽金属，再将其通过物理方法处理成纳米颗粒。内层晶相通过多孔钽的韧性使其受热膨胀后，对外部涂层和内部晶相起到应力的缓冲作用，防止内外膨胀系数差引起的裂缝和涂层的剥离，同时，钽的高强度能够提高合金的抵抗塑性变形能力，防止回弹，提高工件的加工精度。
进一步的，Bi/(Mn，Fe)B为Bi沉积在MnB或FeB骨架上后制得的纳米颗粒。其制备方法同上。将Bi沉积在锰硼或锰铁化合物的骨架上，就是将过渡金属Bi沉积在B组成的“之”字链上，“之”字链具有强大的抗压缩性能，负载了Bi后，能够与Bi形成协同作用，调整合金的受热膨胀系数，同时提高合金的抵抗塑性变形能力。
进一步的，超细晶粒梯度硬质合金分为两个梯度，表层为WC和Bi-B-Mn或Bi-B-Fe两种晶相和WC、Co和立方相组成，其中Bi-B-Mn或Bi-B-Fe为正四面体晶相，嵌在WC晶相中。将Bi-B-Mn或Bi-B-Fe两种晶相镶嵌在WC晶相中，一方面弥补WC晶相的缺陷，使内部晶粒之间更加致密；另一方面通过Mn或Fe的微磁性调整晶粒排列方向，形成更加致密的晶体膜，提高合金的抵抗塑性变形能力。
进一步的，超细晶粒梯度硬质合金的内层为(Ta，Nb)/SiC的十二面体晶相。十二面体晶体具有极其稳定的结构，不但能够提高合金的抵抗塑性变形能力，还能够通过钽或铌的耐高温性能降低热膨胀系数，同时利用其韧性，对内外膨胀系数差产生的应力进行缓冲。
本发明的第二个目的是提供一种超细晶粒梯度硬质合金的制备方法，具有同样的作用。
本发明提供的一种超细晶粒梯度硬质合金的制备方法，包括如下操作步骤：
S1.将Ti(C，N)5～8份，(Ta，Nb)/SiC 2～3份，Co粉1～2份，石墨烯0.5～1份，Cr3C21～2份和WC 95～105份加入行星式高能球磨机中进行球磨得到粉料A；
S2.将粉料A低温烧结；
S3.将低温烧结后的粉料A与Bi/(Mn，Fe)B 2～3份，和VC1～2份一起加入行星式高能球磨机中进行湿磨，然后放入真空干燥箱内于60～80℃保温1～2h，干燥后的粉料用压机和模具压制成料坯；
S4.将硬质合金块进行真空梯度烧结处理，制备得到超细晶梯度硬质合金。
作为上述技术方案的优选，步骤S3进行湿磨时，球料比为(10～15):1，湿磨介质为酒精，转速为300～400r/min，湿磨时间为20～40h。
采用真空梯度烧结和低温烧结两种烧结方式的混搭，能够在内晶相和表层晶相之间形成一层过渡层：Ta-B-Mn、Ta-B-Fe、Nb-B-Mn或Nb-B-Fe中的任意一种或几种的混合晶相，这层晶相不但对内外层晶相进行粘结，使合金更加致密，同时能够通过Ta和B的协同作用提高抵抗塑性变形能力，并调整膨胀系数，一方面提高工件的加工精度，另一方面提高铣刀的耐久性。
作为上述技术方案的优选，步骤S4真空梯度烧结为：将料坯置于低压烧结炉中进行预烧结，升温至300～700℃并保温1～8h，同时通入氢气，进行脱蜡、脱氧，之后排空炉腔内的氢气继续升温，在达到液相烧结温度之前充入压力1～10MPa的惰性气体，液相烧结温度为1400～1500℃，在惰性气体压力下保温0.5～2h，保温结束后随炉冷却至室温。
作为上述技术方案的优选，步骤S4的真空烧结为：将粉料A置于低压烧结炉中进行预烧结，升温至300～500℃并保温1～8h，同时通入氢气，进行脱蜡、脱氧，之后排空炉腔内的氢气继续升温，在达到液相烧结温度之前充入压力1～10MPa的惰性气体，液相烧结温度为1400～1500℃，在惰性气体压力下保温0.5～2h，保温结束后随炉冷却至室温。
本发明的第三个目的是提供一种超细晶粒梯度硬质合金的应用方法，具有同样的作用。
其技术方案如下：
本发明提供的一种超细晶粒梯度硬质合金的应用方法，超细晶粒梯度硬质合金应用于制作铣刀。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种超细晶粒梯度硬质合金及其制备方法和应用方法，制备出的超细晶粒梯度硬质合金材料能够有效提高合金的硬度和抵抗塑性变形能力；同时使硬质合金材料的膨胀系数与涂层保持一致，避免了由于涂层与刀具基体之间的膨胀系数的差异导致的高温下出现裂缝，极大的延长了切削刀具的使用寿命。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的一种超细晶粒梯度硬质合金及其制备方法和应用方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1：一种超细晶粒梯度硬质合金及其制备方法和应用方法，按照重量份数计算，包括如下组分：Ti(C，N)5～8份，(Ta，Nb)/SiC 2～3份，Bi/(Mn，Fe)B 2～3份，Co粉1～2份，VC1～2份，石墨烯0.5～1份，Cr3C21～2份，WC 95～105份。
一种超细晶粒梯度硬质合金的制备方法包括如下操作步骤：
S1.将Ti(C，N)5～8份，(Ta，Nb)/SiC 2～3份，Co粉1～2份，石墨烯0.5～1份，Cr3C21～2份和WC 95～105份加入行星式高能球磨机中进行球磨得到粉料A；
S2.将粉料A低温烧结；
S3.将低温烧结后的粉料A与Bi/(Mn，Fe)B 2～3份，和VC1～2份一起加入行星式高能球磨机中进行湿磨，然后放入真空干燥箱内于60～80℃保温1～2h，干燥后的粉料用压机和模具压制成料坯；
S4.将硬质合金块进行真空梯度烧结处理，制备得到超细晶梯度硬质合金。
实施例2：一种超细晶粒梯度硬质合金及其制备方法和应用方法，按照重量份数计算，包括如下组分：Ti(C，N)8份，(Ta，Nb)/SiC 3份，Bi/(Mn，Fe)B 3份，Co粉2份，VC2份，石墨烯1份，Cr3C22份，WC 105份。
一种超细晶粒梯度硬质合金的制备方法包括如下操作步骤：
S1.将Ti(C，N)8份，(Ta，Nb)/SiC 3份，Co粉2份，石墨烯1份，Cr3C22份和WC 105份加入行星式高能球磨机中进行球磨得到粉料A；
S2.将粉料A低温烧结；
S3.将低温烧结后的粉料A与Bi/(Mn，Fe)B 3份，和VC2份一起加入行星式高能球磨机中进行湿磨，然后放入真空干燥箱内于60～80℃保温1～2h，干燥后的粉料用压机和模具压制成料坯，其中，球料比为(10～15):1，湿磨介质为酒精，转速为300～400r/min，湿磨时间为20～40h；
S4.将硬质合金块进行真空梯度烧结处理，制备得到超细晶梯度硬质合金。
实施例3：一种超细晶粒梯度硬质合金及其制备方法和应用方法，按照重量份数计算，包括如下组分：Ti(C，N)5份，(Ta，Nb)/SiC 2份，Bi/(Mn，Fe)B 2份，Co粉1份，VC1份，石墨烯0.5份，Cr3C2 1份，WC 95份。
一种超细晶粒梯度硬质合金的制备方法包括如下操作步骤：
S1.将Ti(C，N)5份，(Ta，Nb)/SiC 2份，Co粉1份，石墨烯0.5份，Cr3C2 1份和WC 95份加入行星式高能球磨机中进行球磨得到粉料A；
S2.将粉料A低温烧结，将其置于低压烧结炉中进行预烧结，升温至300～700℃并保温1～8h，同时通入氢气，进行脱蜡、脱氧，之后排空炉腔内的氢气继续升温，在达到液相烧结温度之前充入压力1～10MPa的惰性气体，液相烧结温度为1400～1500℃，在惰性气体压力下保温0.5～2h，保温结束后随炉冷却至室温；
S3.将低温烧结后的粉料A与Bi/(Mn，Fe)B 2份，和VC1份一起加入行星式高能球磨机中进行湿磨，然后放入真空干燥箱内于60～80℃保温1～2h，干燥后的粉料用压机和模具压制成料坯，其中，球料比为(10～15):1，湿磨介质为酒精，转速为300～400r/min，湿磨时间为20～40h；
S4.将硬质合金块进行真空梯度烧结处理，将预烧结后的超细晶硬质合金置于真空炉中，将真空炉抽真空到10-2～10-4Pa以下开始升温，升温至1300～1500℃并保温0.1～3h，保温结束后随炉冷却至室温，制备得到超细晶梯度硬质合金。
实施例4：一种超细晶粒梯度硬质合金及其制备方法和应用方法，按照重量份数计算，包括如下组分：Ti(C，N)7份，(Ta，Nb)/SiC 3份，Bi/(Mn，Fe)B 3份，Co粉1份，VC 2份，石墨烯0.5份，Cr3C2 1份，WC 105份。
一种超细晶粒梯度硬质合金的制备方法包括如下操作步骤：
S1.将Ti(C，N)7份，(Ta，Nb)/SiC 3份，Co粉1份，石墨烯0.5份，Cr3C2 1份和WC 105份加入行星式高能球磨机中进行球磨得到粉料A；
S2.将粉料A低温烧结将粉料A低温烧结，将其置于低压烧结炉中进行预烧结，升温至300～700℃并保温1～8h，同时通入氢气，进行脱蜡、脱氧，之后排空炉腔内的氢气继续升温，在达到液相烧结温度之前充入压力1～10MPa的惰性气体，液相烧结温度为1400～1500℃，在惰性气体压力下保温0.5～2h，保温结束后随炉冷却至室温；
S3.将低温烧结后的粉料A与Bi/(Mn，Fe)B 2份，和VC 1份一起加入行星式高能球磨机中进行湿磨，然后放入真空干燥箱内于60～80℃保温1～2h，干燥后的粉料用压机和模具压制成料坯，其中，球料比为(10～15):1，湿磨介质为酒精，转速为300～400r/min，湿磨时间为20～40h；
S4.将硬质合金块进行真空梯度烧结处理，将预烧结后的超细晶硬质合金置于真空炉中，将真空炉抽真空到10-2～10-4Pa以下开始升温，升温至1300～1500℃并保温0.1～3h，保温结束后随炉冷却至室温，制备得到超细晶梯度硬质合金。
实施例5：一种超细晶粒梯度硬质合金及其制备方法和应用方法，按照重量份数计算，包括如下组分：Ti(C，N)6份，(Ta，Nb)/SiC 3份，Bi/(Mn，Fe)B 3份，Co粉2份，VC1份，石墨烯1份，Cr3C21～2份，WC 95份。
其中，(Ta，Nb)/SiC的制备方法如下，先将基体材料用40％HF：68％HNO3：H2O＝1:5:6混合溶液超声震荡后，用干燥氮气吹干，置入反应器内；(2)连接好进/排气管道装置，检查反应腔密封情况，抽极限真空后通入氩气，反复3次以减少氧含量，防止SiC支架表面氧化；(3)将粒径为400目的五氯化钽或五氯化铌粉末放入源罐中，加热至150℃，以高温氩气(300℃)为载气通入至反应室，载气流量为分别为210，180和150ml/min反应室温度分别调至为800℃、900℃、1000℃，(4)反应室真空度为10Pa，反应室中通入以氩气为载气通入五氯化钽粉末的同时，以150ml/min流量通入氢气，(5)还原反应10h，关闭氢气，通氩气保护降温。
一种超细晶粒梯度硬质合金的制备方法包括如下操作步骤：
S1.将Ti(C，N)6份，(Ta，Nb)/SiC 3份，Co粉2份，石墨烯1份，Cr3C2 2份和WC 95份加入行星式高能球磨机中进行球磨得到粉料A；
S2.将粉料A低温烧结，将粉料A低温烧结，将其置于低压烧结炉中进行预烧结，升温至300～700℃并保温1～8h，同时通入氢气，进行脱蜡、脱氧，之后排空炉腔内的氢气继续升温，在达到液相烧结温度之前充入压力1～10MPa的惰性气体，液相烧结温度为1400～1500℃，在惰性气体压力下保温0.5～2h，保温结束后随炉冷却至室温；
S3.将低温烧结后的粉料A与Bi/(Mn，Fe)B 3份，和VC 2份一起加入行星式高能球磨机中进行湿磨，然后放入真空干燥箱内于60～80℃保温1～2h，干燥后的粉料用压机和模具压制成料坯，其中，球料比为(10～15):1，湿磨介质为酒精，转速为300～400r/min，湿磨时间为20～40h；
S4.将硬质合金块进行真空梯度烧结处理，将预烧结后的超细晶硬质合金置于真空炉中，将真空炉抽真空到10-2～10-4Pa以下开始升温，升温至1300～1500℃并保温0.1～3h，保温结束后随炉冷却至室温，制备得到超细晶梯度硬质合金。
实施例6：一种超细晶粒梯度硬质合金及其制备方法和应用方法，按照重量份数计算，包括如下组分：Ti(C，N)6份，(Ta，Nb)/SiC 3份，Bi/(Mn，Fe)B 3份，Co粉2份，VC 2份，石墨烯0.5份，Cr3C2 1份，WC 105份。
其中，(Ta，Nb)/SiC的制备方法如下，先将基体材料用40％HF：68％HNO3：H2O＝1:5:6混合溶液超声震荡后，用干燥氮气吹干，置入反应器内；(2)连接好进/排气管道装置，检查反应腔密封情况，抽极限真空后通入氩气，反复3次以减少氧含量，防止SiC支架表面氧化；(3)将粒径为400目的五氯化钽或五氯化铌粉末放入源罐中，加热至150℃，以高温氩气(300℃)为载气通入至反应室，载气流量为分别为210，180和150ml/min反应室温度分别调至为800℃、900℃、1000℃，(4)反应室真空度为10Pa，反应室中通入以氩气为载气通入五氯化钽粉末的同时，以150ml/min流量通入氢气，(5)还原反应10h，关闭氢气，通氩气保护降温。
Bi/(Mn，Fe)B纳米颗粒的制备方法：先将基体材料用40％HF：68％HNO3：H2O＝1:5:6混合溶液超声震荡后，用干燥氮气吹干，置入反应器内；(2)连接好进/排气管道装置，检查反应腔密封情况，抽极限真空后通入氩气，反复3次以减少氧含量，防止(Mn，Fe)B支架表面氧化；(3)将粒径为500目的三氧化二铋粉末放入源罐中，加热至150℃，以高温氩气(300℃)为载气通入至反应室，载气流量为分别为210，180和150ml/min反应室温度分别调至为800℃、900℃、1000℃，(4)反应室真空度为10Pa，反应室中通入以氩气为载气通入三氧化二铋粉末的同时，以150ml/min流量通入氢气，(5)还原反应10h，关闭氢气，通氩气保护降温。
一种超细晶粒梯度硬质合金的制备方法包括如下操作步骤：
S1.将Ti(C，N)6份，(Ta，Nb)/SiC 3份，Co粉2份，石墨烯0.5份，Cr3C2 2份和WC 105份加入行星式高能球磨机中进行球磨得到粉料A；
S2.将粉料A低温烧结，将粉料A低温烧结，将其置于低压烧结炉中进行预烧结，升温至300～700℃并保温1～8h，同时通入氢气，进行脱蜡、脱氧，之后排空炉腔内的氢气继续升温，在达到液相烧结温度之前充入压力1～10MPa的惰性气体，液相烧结温度为1400～1500℃，在惰性气体压力下保温0.5～2h，保温结束后随炉冷却至室温；
S3.将低温烧结后的粉料A与Bi/(Mn，Fe)B 3份，和VC 2份一起加入行星式高能球磨机中进行湿磨，然后放入真空干燥箱内于60～80℃保温1～2h，干燥后的粉料用压机和模具压制成料坯，其中，球料比为(10～15):1，湿磨介质为酒精，转速为300～400r/min，湿磨时间为20～40h；
S4.将硬质合金块进行真空梯度烧结处理，将预烧结后的超细晶硬质合金置于真空炉中，将真空炉抽真空到10-2～10-4Pa以下开始升温，升温至1300～1500℃并保温0.1～3h，保温结束后随炉冷却至室温，制备得到超细晶梯度硬质合金。
对比实施例1：一种超细晶粒梯度硬质合金及其制备方法和应用方法，按照重量份数计算，包括如下组分：Ti(C，N)6份，Bi/(Mn，Fe)B 3份，Co粉2份，VC 2份，石墨烯0.5份，Cr3C2 1份，WC 105份。
其中，Bi/(Mn，Fe)B纳米颗粒的制备方法：先将基体材料用40％HF：68％HNO3：H2O＝1:5:6混合溶液超声震荡后，用干燥氮气吹干，置入反应器内；(2)连接好进/排气管道装置，检查反应腔密封情况，抽极限真空后通入氩气，反复3次以减少氧含量，防止(Mn，Fe)B支架表面氧化；(3)将粒径为500目的三氧化二铋粉末放入源罐中，加热至150℃，以高温氩气(300℃)为载气通入至反应室，载气流量为分别为210，180和150ml/min反应室温度分别调至为800℃、900℃、1000℃，(4)反应室真空度为10Pa，反应室中通入以氩气为载气通入三氧化二铋粉末的同时，以150ml/min流量通入氢气，(5)还原反应10h，关闭氢气，通氩气保护降温。
一种超细晶粒梯度硬质合金的制备方法包括如下操作步骤：
S1.将Ti(C，N)6份，Co粉2份，石墨烯0.5份，Cr3C2 2份和WC 105份加入行星式高能球磨机中进行球磨得到粉料A；
S2.将粉料A低温烧结，将粉料A低温烧结，将其置于低压烧结炉中进行预烧结，升温至300～700℃并保温1～8h，同时通入氢气，进行脱蜡、脱氧，之后排空炉腔内的氢气继续升温，在达到液相烧结温度之前充入压力1～10MPa的惰性气体，液相烧结温度为1400～1500℃，在惰性气体压力下保温0.5～2h，保温结束后随炉冷却至室温；
S3.将低温烧结后的粉料A与Bi/(Mn，Fe)B 3份，和VC 2份一起加入行星式高能球磨机中进行湿磨，然后放入真空干燥箱内于60～80℃保温1～2h，干燥后的粉料用压机和模具压制成料坯，其中，球料比为(10～15):1，湿磨介质为酒精，转速为300～400r/min，湿磨时间为20～40h；
S4.将硬质合金块进行真空梯度烧结处理，将预烧结后的超细晶硬质合金置于真空炉中，将真空炉抽真空到10-2～10-4Pa以下开始升温，升温至1300～1500℃并保温0.1～3h，保温结束后随炉冷却至室温，制备得到超细晶梯度硬质合金。
对比实施例2：一种超细晶粒梯度硬质合金及其制备方法和应用方法，按照重量份数计算，包括如下组分：Ti(C，N)6份，(Ta，Nb)/SiC 3份，Co粉2份，VC 2份，石墨烯0.5份，Cr3C2 1份，WC 105份。
其中，(Ta，Nb)/SiC的制备方法如下，先将基体材料用40％HF：68％HNO3：H2O＝1:5:6混合溶液超声震荡后，用干燥氮气吹干，置入反应器内；(2)连接好进/排气管道装置，检查反应腔密封情况，抽极限真空后通入氩气，反复3次以减少氧含量，防止SiC支架表面氧化；(3)将粒径为400目的五氯化钽或五氯化铌粉末放入源罐中，加热至150℃，以高温氩气(300℃)为载气通入至反应室，载气流量为分别为210，180和150ml/min反应室温度分别调至为800℃、900℃、1000℃，(4)反应室真空度为10Pa，反应室中通入以氩气为载气通入五氯化钽粉末的同时，以150ml/min流量通入氢气，(5)还原反应10h，关闭氢气，通氩气保护降温。
一种超细晶粒梯度硬质合金的制备方法包括如下操作步骤：
S1.将Ti(C，N)6份，(Ta，Nb)/SiC 3份，Co粉2份，石墨烯0.5份，Cr3C2 2份和WC 105份加入行星式高能球磨机中进行球磨得到粉料A；
S2.将粉料A低温烧结，将粉料A低温烧结，将其置于低压烧结炉中进行预烧结，升温至300～700℃并保温1～8h，同时通入氢气，进行脱蜡、脱氧，之后排空炉腔内的氢气继续升温，在达到液相烧结温度之前充入压力1～10MPa的惰性气体，液相烧结温度为1400～1500℃，在惰性气体压力下保温0.5～2h，保温结束后随炉冷却至室温；
S3.将低温烧结后的粉料A和VC 2份一起加入行星式高能球磨机中进行湿磨，然后放入真空干燥箱内于60～80℃保温1～2h，干燥后的粉料用压机和模具压制成料坯，其中，球料比为(10～15):1，湿磨介质为酒精，转速为300～400r/min，湿磨时间为20～40h；
S4.将硬质合金块进行真空梯度烧结处理，将预烧结后的超细晶硬质合金置于真空炉中，将真空炉抽真空到10-2～10-4Pa以下开始升温，升温至1300～1500℃并保温0.1～3h，保温结束后随炉冷却至室温，制备得到超细晶梯度硬质合金。
对实施例1～6和对比实施例1～2得到的硬质合金用制成铣刀，经抛光处理后进行纳米硬度测试，如表1所示。
Figure BDA0002738439420000151
将实施例1～6和对比实施例1～2获得的切削刀具分别进行如表2所示的铣削实验，测试其铣削寿命和磨损情况，测试结果见表3。
表2铣削实验
Figure BDA0002738439420000152
表3刀具寿命测试结果
Figure BDA0002738439420000153
Figure BDA0002738439420000161
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例展示如上，但并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种超细晶粒梯度硬质合金，其特征在于，按照重量份数计算，包括如下组分：
Ti（C，N）5~8份，（Ta，Nb）/SiC 2~3份，Bi/（Mn，Fe）B 2~3份，Co粉1~2份，VC1~2份，石墨烯0.5~1份，Cr3C21~2份，WC 95~105份。
2.根据权利要求1所述的一种超细晶粒梯度硬质合金，其特征在于，所述（Ta，Nb）/SiC为多孔SiC骨架上沉积Ta或Nb后制得的纳米颗粒。
3.根据权利要求1或2所述的一种超细晶粒梯度硬质合金，其特征在于，所述Bi/（Mn，Fe）B为Bi沉积在MnB或FeB骨架上后制得的纳米颗粒。
4.根据权利要求3所述的一种超细晶粒梯度硬质合金，其特征在于，所述超细晶粒梯度硬质合金分为两个梯度，表层为WC和Bi-B-Mn或Bi-B-Fe两种晶相，其中Bi-B-Mn或Bi-B-Fe为正四面体晶相，嵌在WC晶相中。
5.根据权利要求4所述的一种超细晶粒梯度硬质合金，其特征在于，所述超细晶粒梯度硬质合金的内层为和WC、Co和立方相组成。
6.一种超细晶粒梯度硬质合金的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：
S1. 将Ti（C，N）5~8份，（Ta，Nb）/SiC 2~3份，Co粉1~2份，石墨烯0.5~1份，Cr3C21~2份和WC 95~105份加入行星式高能球磨机中进行球磨得到粉料A；
S2. 将粉料A低温烧结；
S3. 将低温烧结后的粉料A与Bi/（Mn，Fe）B 2~3份，和VC1~2份一起加入行星式高能球磨机中进行湿磨，然后放入真空干燥箱内于60~80℃保温1~2h，干燥后的粉料用压机和模具压制成料坯；
S4. 将硬质合金块进行真空梯度烧结处理，制备得到超细晶梯度硬质合金。
7.根据权利要求6所述的一种超细晶粒梯度硬质合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S3进行湿磨时，球料比为（10~15）:1，湿磨介质为酒精，转速为300~400r/min，湿磨时间为20~40h。
8.根据权利要求6所述的一种超细晶粒梯度硬质合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S2真空梯度烧结为：将粉料A置于低压烧结炉中进行预烧结，升温至300~700℃并保温1~8h，同时通入氢气，进行脱蜡、脱氧，之后排空炉腔内的氢气继续升温，在达到液相烧结温度之前充入压力1~10MPa的惰性气体，液相烧结温度为1400~1500℃，在惰性气体压力下保温0.5~2h，保温结束后随炉冷却至室温。
9.根据权利要求8所述的一种超细晶粒梯度硬质合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S4的真空烧结为：步骤S4的真空梯度烧结处理为：将预烧结后的超细晶硬质合金置于真空炉中，将真空炉抽真空到10-2~10-4Pa以下开始升温，升温至1300~1500℃并保温0.1~3h，保温结束后随炉冷却至室温。
10.根据权利要求8或9所述的一种超细晶粒梯度硬质合金的应用方法，其特征在于，所述超细晶粒梯度硬质合金应用于制作铣刀。
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