CN118086748A - 一种wc-zta硬质合金及其制备方法与应用 - Google Patents
一种wc-zta硬质合金及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118086748A CN118086748A CN202410286780.4A CN202410286780A CN118086748A CN 118086748 A CN118086748 A CN 118086748A CN 202410286780 A CN202410286780 A CN 202410286780A CN 118086748 A CN118086748 A CN 118086748A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- zta
- hard alloy
- ball milling
- placing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 94
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 92
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 117
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 43
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims abstract description 38
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 51
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 19
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims description 18
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 11
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 11
- 238000010010 raising Methods 0.000 claims description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 6
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 5
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 5
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 3
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 15
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 13
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 11
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 6
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 6
- 229910009043 WC-Co Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 3
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
- C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
- C22C1/051—Making hard metals based on borides, carbides, nitrides, oxides or silicides; Preparation of the powder mixture used as the starting material therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
- C22C29/005—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides comprising a particular metallic binder
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明公开了一种WC‑ZTA硬质合金及制备方法与应用、涉及合金材料技术领域；本发明提供的热压烧结制备WC‑ZTA硬质合金的方法包含以下几个步骤：将WC粉体、ZTA粉体和Co粉体进行球磨，得到WC‑ZTA‑Co复合粉体；将上述粉体进行热压烧结，得到WC‑ZTA硬质合金；本发明制备的硬质合金具有高强度，优异的韧性和良好的耐磨性，制备工艺简便，操作方便，烧结周期可控性强，工艺成本低，产品成本低，能广泛应用于工业化生产，具有较高的性价比，其制备的硬质合金可为广泛应用于刀具材质及器件和耐磨零部件提供良好的初始组织状态和优异的综合性能基体，是一种合适的替换材料，有效降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及一种WC-ZTA硬质合金及其制备方法与应用。
背景技术
粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末作为原料，经过预成形和烧结，制备金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金因其与传统浇注方法的不同，可以获得独特的化学组成和机械、物理性能。运用粉末冶金技术可以直接制备多孔、半致密和致密材料，如油轴承、齿轮、导杆及切割刀具等。其中高性能的切削刀具是实现装备制造业中高效切割的基础；然而现有的刀具材料在高速切割过程中强度，耐热性和耐磨性急剧下降；
WC-Co硬质合金作为高性能刀具材料在装备制造领域中受到广泛应用，其主要成分为碳化物增强相以及钴金属粘结剂。WC-Co硬质合金的基本特点为密度大、硬度高、红硬度好、抗弯曲强度高、耐磨性优异和高温耐磨性良好等。但是在一些极端恶劣的使用条件下，WC-Co硬质合金极易因磨损问题而导致其失效，同时由于WC外加相的成本高，烧结工艺复杂，使得WC-Co硬质合金无法满足终端使用厂家对使用成本、效率方面的要求。因此引入一种新型廉价的硬质相代替WC成为硬质合金的硬质相的需求日益紧迫。
因此，为了满足实际工况要求，开发一种具有高强度，高韧性，高耐磨性。低成本的硬质合金已经成为材料研究领域亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，达到上述技术效果，一方面，本发明公开了一种WC-ZTA硬质合金，按百分比包括以下组分：10～40％碳化钨粉，10～40％ZTA颗粒粉末，50％Co粉末；各组分质量百分比之和为100％；其中ZTA颗粒的粒径在50～100μm之间，碳化钨粉末的粒径在5～15μm之间，钴粘结剂的粒径在5～15μm之间，具体地，碳化钨的质量分数为10～10％，ZTA的质量分数为10～50％，钴粘结剂的质量分数为50％；
进一步的，所述碳化钨含量为20～30％，ZTA含量为20～30％；
另一方面，本发明公开了一种WC-ZTA硬质合金的制备方法，具体包括以下步骤：
S1：按照质量百分比称取以下组分：10～40％碳化钨粉，10～40％ZTA颗粒粉末，50％钴粘结剂；各组分的质量百分比之和为100％；
S2：将S1中称取的粉末利用搅拌法混合均匀，制成混合粉末；并将混合的粉末放入球磨罐中，并加入酒精没过粉末及硬质合金球，隔绝空气，防止氧化；
S3：将S2中的的球磨罐放入行星球磨机中球磨，使粉末混合均匀并破碎粉末，实现粉末的细化与粉末的均匀化；
S4：将S3中混合均匀的粉末，取出放入真空烘干箱中，抽真空，粉末在真空环境下烘干，隔绝空气防止氧化；
S5：将S4中烘干的粉末放入硬质合金模具中，直到模具中粉末厚度达到目标厚度，即形成预制体；
S6：采用冷等静压机将预制体预压成型，制成压坯；
S7：将压坯放置于石墨模具中，并放入真空热压烧结炉中进行烧结成型，即WC-ZTA硬质合金；
进一步的，所述S1中，碳化钨的粒度为5～15μm，钴粘结剂的粒度为5～15μm，ZTA颗粒的粒度为50～100μm；
进一步的，所述S2中球磨中所用酒精为99％的无水乙醇；
进一步的，所述S3中采用行星球磨机，以400r/min，球磨时间8～12h进行球磨，球磨过程中ZTA颗粒与金属粉末和硬质相粉末发生碰撞，以达到细化粉末的效果；
进一步的，所述S5中采用的预压模具内径尺寸为φ20mm的硬质合金模具，目标厚度为15～25mm；
进一步的，所述S6中采用冷等静压机在20MPa～35MPa压力下保压30min，将粉末预压成型；
进一步的，所述S7中：
S7.1：将压坯放置于φ20mm的石墨模具中，并将模具放入热压烧结炉中，并加压加紧；
S7.2：将炉温升高至1100～1300℃保温一段时间，保温后随炉冷却至室温，即得到硬质合金的WC-ZTA硬质合金；
S7.3：在S7.2中的炉温为1150～1250℃时，保温时间为20～40min，烧结时单位面积压力为30～50MPa。
本发明的有益效果是：
本发明中的硬质合金中存在碳化钨和ZTA两种增强相，使得硬质合金呈现出各向异性，这为硬质合金在不同工况下的使用提供了选择；同时碳化钨和ZTA两种增强相的混合分布可以显著改变裂纹的传播路径，从而来增韧硬质合金；另外本发明通过加入钴粘结剂，钴粘结剂的存在可以有效增强ZTA增强相，以碳化钨增强相与粘结相的之间的界面结合强度，使得硬质合金的具有较高的强度；采用快速热压烧结工艺可有效促进硬质合金的致密化，实现小孔隙率的目的，而孔隙率的降低又必将有助于硬质合金强韧性的提高；通过引入ZTA颗粒，可以提高硬质相的体积分数，减小硬质合金钴基体的磨损损失，增强硬质合金的耐磨性；
此外，本发明制备的硬质合金具有高强度，优异的韧性和良好的耐磨性，制备工艺简便，操作方便，烧结周期可控性强，工艺成本低，产品成本低，能广泛应用于工业化生产，具有较高的性价比，其制备的硬质合金可为广泛应用于刀具材质及器件和耐磨零部件提供良好的初始组织状态和优异的综合性能基体，是一种合适的替换材料，有效降低生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图做简单地介绍。
图1为本发明WC-ZTA硬质合金中所用增强相的显微形貌示意图；
图2为本发明实例1制备的WC-ZTA硬质合金的高倍显微组织示意图；
图3为本发明实例1制备的WC-ZTA硬质合金的SEM显微形貌图；
图4为本发明实例1制备WC-ZTA硬质合金的压缩断口相貌图；
图5为本发明实例1制备的WC-ZTA硬质合金的磨损三维形貌图；
图6为本发明的实施例2-实施例4的WC-ZTA硬质合金的高倍显微组织示意图。
具体实施方式
实施例1
一种WC-ZTA硬质合金的制备方法，具体包括以下步骤：
按照质量百分比分别称取以下组分：20～30％碳化钨粉(以下称为WC)，30～20％ZTA颗粒粉末，50％粘结剂，粘结剂为钴(Co)粉，以上各组分质量百分比之和为100％，其中WC的粒度为5～15μm，Co粉的粒度为5～15μm，ZTA颗粒的粒度为50～100μm。采用搅拌法将称取的粉末混合均匀将称取混合的粉末放入球磨罐中，并加入酒精没过粉末及硬质合金球，隔绝空气；使用的酒精为99％无水乙醇。
将球磨罐放入行星球磨机中球磨，使粉末混合均匀并破碎粉末，实现粉末的细化；球磨过程中，采用行星球磨机，以400r/min，球磨时间8h。混合均匀的粉末，取出放入真空烘干箱中，抽真空，粉末在真空环境下烘干，烘干过程为在真空环境下，以120℃为环境温度，烘干3h。
烘干的粉末放入硬质合金模具中，直到模具中粉末厚度达到目标厚度，即形成预制体；采用冷等静压机在20MPa～35MPa压力下保压30min，将粉末预压成型。将压坯烧结成型后进行后处理，将压坯放置于φ20mm的石墨模具中，并将模具放入热压烧结炉中，并加压加紧；以100℃/min的速度将炉温升高到900℃，再以50℃/min的速度将炉温升温至1100℃，保温30min，保温过程中单位面积压力为40MPa，最后将炉冷却至室温，即得到硬质合金；如图1所示，图1中左侧为WC硬质相的SEM形貌图，右侧为ZTA硬质相的SEM图；
对本实施例制备的硬质合金进行金相处理，观察其内部显微组织，图2中左侧是本实施例的硬质合金的高倍显微组织图，右侧是本实施例的硬质合金的更高倍数的显微组织图，图3中左侧是本实施例的SEM显微组织图，右侧是更高倍数的SEM显微组织图，从图2和图3中可看出，该硬质合金内部有明显的ZTA颗粒(黑色颗粒)，WC(白色颗粒)颗粒和Co粘结剂(灰色基体)，ZTA团粒与WC团粒均匀的分布在Co基体中，使得硬质合金具有良好的力学性能，进而满足多种工况使用条件，其中部分ZTA团粒由小ZTA颗粒团聚形成，WC团粒由小的WC晶粒组成。ZTA颗粒表面由于Co的存在，使得颗粒表面的表面能被激活，改善了其与ZTA颗粒的表面润湿性，增加了其与粘结相的结合强度，有效阻止了硬质合金强度的降低。ZTA颗粒与WC团粒之间分布着粘结相，粘结相为Co，ZTA颗粒与WC颗粒的混合分布可以改善裂纹的传播路径，从而来增韧硬质合金。
经测量，该硬质合金中ZTA颗粒的平均晶粒尺寸约为60μm，WC晶粒的平均尺寸约为8μm，Co粘结剂的晶粒尺寸约为10μm，由此可知该硬质合金在成型过程中，由于球磨工艺的存在使得硬质合金增强相之间发生剧烈撞击，使得粉末细化，进而细化了硬质合金的晶粒尺寸。该硬质合金的硬度约为50HRC。
实施例2
请参阅图1-6，按照质量百分比分别称取以下组分：20～30％碳化钨粉，20～30％ZTA颗粒粉末，50％粘结剂，粘结剂为Co粉，以上各组分质量百分比之和为100％，其中WC粉的粒度为15μm，Co粉的粒度为15μm，ZTA粉的粒度为100μm。采用搅拌法将称取的粉末混合均匀。
将称取混合的粉末放入球磨罐中，并加入酒精没过粉末及硬质合金球，隔绝空气；使用的酒精为99％无水乙醇，将球磨罐放入行星球磨机中球磨，使粉末混合均匀并破碎粉末，实现粉末的细化；球磨过程中，采用行星球磨机，以300r/min，球磨时间12h。将混合均匀的粉末，取出放入真空烘干箱中，抽真空，粉末在真空环境下烘干，烘干过程为在真空环境下，以120℃为环境温度，烘干3h。取混合粉末在φ20的硬质合金模具底层平铺一层厚度为5mm的混合粉末层，在混合粉末层上平铺一层厚度为5mm的Co粉末层，在Co粉末层的表面再次平铺一层厚度为5mm的混合粉末层。即形成预制体；采用冷等静压机在20MPa-35MPa压力下保压30min，将粉末预压成型。将压坯烧结成型后进行烧结，以100℃/min的速度将炉温升高到900℃，再以50℃/min的速度将炉温升温至1100℃，保温30min，保温过程中单位面积压力为40MPa，最后所炉冷却至室温，即得到硬质合金烧结体；
对本实施例中制备的硬质合金进行金相处理，观察其内部微观组织，由图6可以看出，该硬质合金内部分布着ZTA增强相，WC增强相，Co粘结剂，Co呈层状分布，使得Co的排列方向不同，使得硬质合金具有良好的各向异性，ZTA团粒和WC团粒均匀分布，ZTA团粒由小的ZTA颗粒组成，WC团粒由WC晶粒组成；ZTA颗粒与WC颗粒之间分布有粘结相，粘结相为Co，Co层与上下硬质层中的Co相结合；显著改善了硬质相与粘结相之间的界面结合强度，使得硬质合金的强度没有大幅度的降低。
经测量，该硬质合金中ZTA颗粒的的平均晶粒尺寸约为80μm，WC晶粒的平均尺寸约为10μm，Co基体的晶粒尺寸约为15μm，由此可知该硬质合金在成型过程中，由于球磨工艺的存在使得硬质合金增强相之间发生剧烈撞击，使得粉末细化，进而细化了硬质合金的晶粒尺寸。该硬质合金的硬度约为75HRC。
实施例3
请参阅图1-6，按照质量百分比分别称取以下组分：30～40％碳化钨粉，10～20％ZTA颗粒粉末，50％粘结剂，粘结剂为Co粉，以上各组分质量百分比之和为100％，其中WC粉的粒度为15μm，Co粒度为10μm，ZTA粉的粒度为80μm。采用搅拌法将称取的粉末混合均匀。将称取混合的粉末放入球磨罐中，并加入酒精没过粉末及硬质合金球，隔绝空气；使用的酒精为99％无水乙醇。将球磨罐放入行星球磨机中球磨，使粉末混合均匀并破碎粉末，实现粉末的细化；球磨过程中，采用行星球磨机，以400r/min，球磨时间8h。将混合均匀的粉末，取出放入真空烘干箱中，抽真空，粉末在真空环境下烘干，烘干过程为在真空环境下，以120℃为环境温度，烘干3h。将烘干的粉末放入硬质合金模具中，直到模具中粉末厚度达到目标厚度，即形成预制体；采用冷等静压机在20MPa-35MPa压力下保压30min，将粉末预压成型.将压坯烧结成型后进行热处理，将压坯放置于φ20mm的石墨模具中，并将模具放入热压烧结炉中，并加压加紧；以100℃/min的速度将炉温升高到900℃，再以50℃/min的速度将炉温升温至1100℃，保温30min，保温过程中单位面积压力为40MPa，最后所炉冷却至室温，即得到WC-ZTA硬质合金；
对本实施例中制备的硬质合金进行金相处理，观察其内部显微组织可看出，该硬质合金内部有明显的ZTA颗粒，WC颗粒和Co基体组织，ZTA团粒与WC团粒均匀的分布在Co基体中，使得硬质合金具有良好的力学性能，进而满足多种工况使用条件，其中部分ZTA团粒由小ZTA颗粒团聚形成，WC团粒由小的WC晶粒组成。ZTA颗粒表面由于Co的存在，使得颗粒表面的表面能被激活，增加了其与粘结相的结合强度，有效阻止了硬质合金强度的降低。ZTA颗粒与WC团粒之间分布着粘结相，粘结相为Co，ZTA颗粒与WC颗粒的混合分布可以改善裂纹的传播路径，从而来增韧硬质合金。
经测量，该硬质合金中ZTA颗粒的平均晶粒尺寸约为50μm，WC晶粒的平均尺寸约为13μm，Co基体的晶粒尺寸约为15μm，由此可知该硬质合金在成型过程中，由于球磨工艺的存在使得硬质合金增强相之间发生剧烈撞击，使得粉末细化，进而细化了硬质合金的晶粒尺寸。该硬质合金的硬度约为70HRC。
实施例4
请参阅图1-6，按照质量百分比分别称取以下组分：10～40％碳化钨粉，10～40％ZTA颗粒粉末，50％Co粉，以上各组分质量百分比之和为100％，其中WC粉的粒度为15μm，Co粉的粒度为10μm，ZTA粉的粒度为100μm。采用搅拌法将称取的粉末混合均匀。将称取混合的粉末放入球磨罐中，并加入酒精没过粉末及硬质合金球，隔绝空气；使用的酒精为99％无水乙醇。将球磨罐放入行星球磨机中球磨，使粉末混合均匀并破碎粉末，实现粉末的细化；球磨过程中，采用行星球磨机，以500r/min，球磨时间8h。将混合均匀的粉末，取出放入真空烘干箱中，抽真空，粉末在真空环境下烘干，烘干过程为在真空环境下，以120℃为环境温度，烘干3h。取混合粉末在φ20的硬质合金底层平铺一层厚度为5mm的混合粉末层，在混合粉末层上平铺一层厚度为5mm的Co粘结剂粉末层，在粘结剂层的表面再次平铺一层厚度为5mm的混合粉末层。即形成预制体；采用冷等静压机在20MPa-35MPa压力下保压30min，将粉末预压成型。将压坯烧结成型后进行热处理，将压坯放置于φ20mm的石墨模具中，并将模具放入热压烧结炉中，并加压加紧；以100℃/min的速度将炉温升高到900℃，再以50℃/min的速度将炉温升温至1100℃，保温30min，保温过程中单位面积压力为40MPa，最后炉冷却至室温，即得到WC-ZTA硬质合金；
对本实施例中制备的硬质合金进行金相处理，观察其内部微观组织，可以看出，该硬质合金内部分布着ZTA增强相，WC增强相，Co基体，Co粘结剂呈层状分布，使得Co的排列方向不同，使得硬质合金具有良好的各向异性，ZTA团粒和WC团粒均匀分布，ZTA团粒由小的ZTA颗粒组成，WC团粒由WC晶粒组成；ZTA颗粒与WC颗粒之间分布有粘结相，粘结相为Co，Co层与上下硬质层中的Co相结合；显著改善了硬质相与粘结相之间的界面结合强度，使得硬质合金的强度没有大幅度的降低。
经测量，该硬质合金中ZTA颗粒的平均晶粒尺寸约为50μm，WC晶粒的平均尺寸约为15μm，Co基体的晶粒尺寸约为13μm，由此可知该硬质合金在成型过程中，由于球磨工艺的存在使得硬质合金增强相之间发生剧烈撞击，使得粉末细化，进而细化了硬质合金的晶粒尺寸。该硬质合金的硬度约为60HRC。
综上实施例1-4可知，通过对硬质合金的组分和球磨工艺可有效提高硬质合金中硬质相的粒度，提高硬质合金的性能；同时在WC粉的粒度为15μm，Co粉的粒度为15μm，ZTA粉的粒度为100μm时，用本发明中的制备方法制备得到的硬质合金的硬度在75HRC，为较优选择。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明，优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。
Claims (10)
1.一种WC-ZTA硬质合金，其特征在于，按质量百分比包括以下组分：10～40％碳化钨粉，10～40％ZTA颗粒粉末，50％Co粘结剂；各组分质量百分比之和为100％；其中ZTA颗粒的粒径在50～100μm之间，碳化钨粉末的粒径在5～15μm之间，钴粘结剂的粒径在5～15μm之间。
2.根据权利要求1所述一种WC-ZTA硬质合金，其特征在于，所述碳化钨含量为20～30％，ZTA含量为20～30％。
3.一种WC-ZTA硬质合金的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：按照质量百分比称取以下组分：10～40％碳化钨粉，40～10％ZTA颗粒粉末，50％钴粘结剂；各组分的质量百分比之和为100％；
S2：将S1中称取的粉末利用搅拌法混合均匀，制成混合粉末；并将混合的粉末放入球磨罐中，并加入酒精没过粉末及硬质合金球，隔绝空气，防止氧化；
S3：将S2中的的球磨罐放入行星球磨机中球磨，使粉末混合均匀并破碎粉末，实现粉末的细化与粉末的均匀化；
S4：将S3中混合均匀的粉末，取出放入真空烘干箱中，抽真空，粉末在真空环境下烘干，烘干过程为在真空环境下，以120℃为环境温度，烘干3h，隔绝空气防止氧化；
S5：将S4中烘干的粉末放入硬质合金模具中，直到模具中粉末厚度达到目标厚度，即形成预制体；
S6：采用冷等静压机将预制体预压成型，制成压坯；
S7：将压坯放置于石墨模具中，并放入真空热压烧结炉中进行烧结成型，即WC-ZTA硬质合金。
4.根据权利要求3所述的一种WC-ZTA硬质合金的制备方法，其特征在于，所述S1中，碳化钨的粒度为15μm，钴粘结剂的粒度为15μm，ZTA颗粒的粒度为100μm。
5.根据权利要求3所述的一种WC-ZTA硬质合金的制备方法，其特征在于，所述S2中球磨中所用酒精为99％的无水乙醇。
6.根据权利要求3所述的一种WC-ZTA硬质合金的制备方法，其特征在于，所述S3中采用行星球磨机，以400r/min，球磨时间8～12h进行球磨，球磨过程中ZTA颗粒与金属粉末和硬质相粉末发生碰撞，以达到细化粉末的效果。
7.根据权利要求3所述的一种WC-ZTA硬质合金的制备方法，其特征在于，所述S5中采用的预压模具内径尺寸为φ20mm的硬质合金模具，目标厚度为15～25mm。
8.根据权利要求3所述的一种WC-ZTA硬质合金的制备方法，其特征在于，所述S6中采用冷等静压机在20MPa～35MPa压力下保压30min，将粉末预压成型。
9.根据权利要求3所述的一种WC-ZTA硬质合金的制备方法，其特征在于，所述S7中：
S7.1：将压坯放置于φ20mm的石墨模具中，并将模具放入热压烧结炉中，并加压加紧；
S7.2：将炉温升高至1100～1300℃保温一段时间，保温后随炉冷却至室温，即得到硬质合金的WC-ZTA硬质合金；
S7.3：在S7.2中的炉温为1150～1250℃时，保温时间为20～40min，烧结时单位面积压力为30～50MPa。
10.根据权利要求3-9任意一项所述方法制备得到的WC-ZTA硬质合金在装备制造中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410286780.4A CN118086748A (zh) | 2024-03-13 | 2024-03-13 | 一种wc-zta硬质合金及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410286780.4A CN118086748A (zh) | 2024-03-13 | 2024-03-13 | 一种wc-zta硬质合金及其制备方法与应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118086748A true CN118086748A (zh) | 2024-05-28 |
Family
ID=91147789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410286780.4A Pending CN118086748A (zh) | 2024-03-13 | 2024-03-13 | 一种wc-zta硬质合金及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118086748A (zh) |
-
2024
- 2024-03-13 CN CN202410286780.4A patent/CN118086748A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104164587B (zh) | 一种致密的弥散强化铜基复合材料 | |
| CN101423912B (zh) | 一种纳米晶钨基合金块体材料及其制备方法 | |
| KR20150063457A (ko) | 경사 기능 재료로 이루어진 신규한 조성물을 갖는 금속 또는 세라믹 물품의 성형방법과 그 성형방법을 포함하는 물품 | |
| CN109338193B (zh) | 一种无芯-环结构金属陶瓷合金及其制备方法 | |
| CN104313380A (zh) | 一种分步烧结制备高致密度纳米晶硬质合金的方法 | |
| CN109504869B (zh) | 一种具有仿生多级结构的金属基纳米复合材料及其制备方法 | |
| CN114807725B (zh) | 镶嵌颗粒增强的高熵合金基纳米超硬复合材料及其制备方法 | |
| CN110468320B (zh) | 一种高硬度和高韧性的金属陶瓷及其制备方法和应用 | |
| CN111304479A (zh) | 一种VCrNbMoW难熔高熵合金制备方法 | |
| CN103058662A (zh) | 二硼化钛基纳米复合自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法 | |
| CN110983152B (zh) | 一种Fe-Mn-Si-Cr-Ni基形状记忆合金及其制备方法 | |
| CN111235452A (zh) | 一种Ti(C,N)基硬质合金材料及其制备方法 | |
| CN113620713A (zh) | 一种WC/VCx硬质材料及其制备方法和应用 | |
| CN106756599A (zh) | cBN‑高速钢复合材料及cBN‑高速钢复合材料的制备方法 | |
| CN1325688C (zh) | 一种耐磨耐蚀材料的制备方法 | |
| CN111485158B (zh) | 一种核壳结构增强TiB2-TiC基金属陶瓷及其制备方法 | |
| CN111515404A (zh) | 一种cBN/Al复合材料的制备方法 | |
| CN118086748A (zh) | 一种wc-zta硬质合金及其制备方法与应用 | |
| CN116356173A (zh) | 一种高强度高熵合金粘结相纳米级硬质合金及其制备方法 | |
| CN113088781B (zh) | 一种高熵硬质合金及其制备方法和应用 | |
| CN115679282A (zh) | 一种钛硅靶材的制备方法 | |
| CN113106314B (zh) | 一种核壳结构TiB2基金属陶瓷及其制备方法 | |
| CN113526958A (zh) | 一种异型均质超细晶碳化钨陶瓷制品的近成形制备方法 | |
| CN113185293A (zh) | 一种异型均质超细晶碳化钨陶瓷制品的近成形制备方法 | |
| CN111850369A (zh) | WC-6Ni-石墨自润滑硬质刀具材料机械合金化的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |