CN1274861C - 一种纳米钨钴硬质合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种纳米WC-Co硬质合金的制备方法，其特征在于：对WC-Co纳米粉体在压力下进行脉冲电流处理；脉冲电流的放电周期1μs～1000μs，最大峰值电流密度103～105A/mm2，单个脉冲的持续时间1μs～10，000μs，压力为300MPa～800MPa。通过本发明方法，可以获得小的晶粒度和好的力学性能的硬质合金，并且方法操作简单，周期短，效率高，成本低，便于推广应用。
Description
技术领域：
本发明涉及WC-Co硬质合金技术，特别提供了一种制备纳米WC-Co硬质合金的脉冲电流烧结方法。
背景技术：
WC-Co硬质合金是用Co粘结的金属陶瓷材料，它综合了碳化物相的高硬度、耐磨性和金属粘结剂良好的塑性和抗热震性能，因而在工业上得到广泛的应用。在Co含量相同的情况下，WC-Co硬质合金的硬度随晶粒尺寸的减小而增大，而断裂韧性则随晶粒尺寸的减小而降低。因而在保证硬质合金高硬度的同时提高材料的断裂韧性是硬质合金制备研究中的一个难点。近年来，随着对纳米陶瓷材料的深入研究，人们发现当晶粒尺寸达到纳米量级的时候，材料强度和韧性可以随着晶粒尺寸减小同时增加。因而，制备纳米硬质合金可能是解决材料中硬度和韧性之间矛盾的一种有效途径。
纳米WC-Co硬质合金粉体的制备方法已经比较成熟，如机械合金化和喷雾转化工艺等方法，制备出的纳米WC-Co粉的晶粒尺寸可以到30nm乃至更低。但纳米粉在烧结过程中极易发生晶粒长大。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种制备纳米硬质合金的方法，通过本方法，可以获得小的晶粒度和好的力学性能的硬质合金，并且方法简单易于实现。
本发明提供了一种纳米WC-Co硬质合金的制备方法，其特征在于：对WC-Co纳米粉体在压力下进行脉冲电流处理；脉冲电流的放电周期1μs～1000μs，最大峰值电流密度103～105A/mm2，单个脉冲的持续时间1μs～10,000μs，压力为300MPa～800MPa。
本发明纳米WC-Co硬质合金的制备方法中，脉冲电流的较佳参数为：放电周期50μs～200μs，电流密度6×103～4×104A/mm2，单个脉冲的持续时间200μs～2,000μs。
本发明纳米WC-Co硬质合金的制备方法中，烧结过程可以在真空中，也可以在空气中进行。
本方法操作简单，周期短，效率高，成本低，便于推广应用。
附图说明：
图1为脉冲电流处理过程的装置示意图；
图2为处理粉体所用脉冲电流的波形图；
图3为脉冲电流处理前后XRD图谱；
图4为脉冲电流处理后样品的TEM形貌；
图5为脉冲电流处理后样品的晶粒尺寸分布。
具体实施方式：
实施例1
将喷雾转化工艺制备的纳米WC-10％重量Co粉(用X射线衍射半高宽法测的平均晶粒尺寸为50nm)置于模具中，在图1所示的脉冲电流处理装置上进行脉冲电流烧结。脉冲电流处理装置的脉冲电流由电容器放电产生。脉冲电流的波形和基本参数由TDS3012型示波器测定。
脉冲烧结过程在空气中进行，压力为500MPa。处理试样所用脉冲电流的波形图见图2，其中脉冲电流的放电周期tp＝220μs，最大峰值电流密度jm＝1.35×103A/mm2，单个脉冲的持续时间约2ms。
脉冲电流烧结前后XRD的对比见图3，可以看出，经过脉冲电流烧结后，样品中只有WC和Co两相，没有产生脱碳相和氧化相。脉冲电流烧结后透射电镜观察结果见图4，晶粒尺寸分布见图5，可以看出脉冲电流烧结后平均晶粒尺寸为120nm。这是因为在脉冲电流烧结中，由于极短的烧结时间，晶粒长大程度很小。
实验测得样品的显微硬度为HV22GPa，用压痕法测的断裂韧性为9.79MPaM1/2，密度为96％。
实施例2
与实施例1不同之处仅在于电流密度jm＝0.97×103A/mm2，实验测得样品的密度为87％。
实施例3
与实施例1不同之处仅在于电流密度jm＝1.2×103A/mm2，实验测得样品的密度为92％。
Claims (4)
1、一种纳米WC-Co硬质合金的制备方法，其特征在于：对WC-Co纳米粉体在压力下进行脉冲电流处理；脉冲电流的放电周期1μs～1000μs，最大峰值电流密度103～105A/mm2，单个脉冲的持续时间1μs～10,000μs，压力为300MPa～800MPa。
2、按照权利要求1所述纳米WC-Co硬质合金的制备方法，其特征在于：所述电流密度为6×103～4×104A/mm2。
3、按照权利要求1所述纳米WC-Co硬质合金的制备方法，其特征在于：所述脉冲电流的放电周期为50μs～200μs。
4、按照权利要求1所述纳米WC-Co硬质合金的制备方法，其特征在于：所述单个脉冲的持续时间100μs～2,000μs。
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