一种硬质合金复合材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种硬质合金复合材料，包括：碳化钨，钴，镍，磷和表面包覆钨层的金刚石粉末。本发明专利技术在所述硬质合金复合材料中添加了磷和镍，以及表面包覆钨层的金刚石粉末，大大降低了硬质合金的液相共晶温度和烧结温度，实现了硬质合金材料的低温烧结，而较低的烧结温度很好地避免了金刚石的碳化，有效的保留其耐磨性能，进而大大提高了材料的耐磨性。实验结果表明，本发明专利技术提供的硬质合金复合材料的液相共晶温度点为850℃～950℃，烧结温度为1050℃～1200℃。

【技术实现步骤摘要】
一种硬质合金复合材料、其制备方法及应用
本专利技术涉及合金材料
，尤其涉及一种硬质合金复合材料、其制备方法及应用。
技术介绍
现代工业生产中，许多工程机械、设备及构件所处的工作条件十分恶劣，如高温、高速、强烈冲击、高酸碱等，磨损与腐蚀造成的机械零部件损伤不断加大。采用普通材料已经难以满足恶劣工作环境对材料性能的特殊要求。而采用性能较好的硬质合金材料，由于其是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的，烧结温度一般为1400～1450℃，对设备性能要求高，同时高的能耗造成高的成本，因此存在着制作难度大、生产成本高等一系列问题，特别是大型工件更为突出。目前一般是在机械零部件表面复合硬面材料层或合金复合材料，解决上述问题。其中，硬面材料是用于强化工件表面的粉末或块状材料，使工件表面的硬度提高，耐磨耐蚀性增强。对于一些极端恶劣工况或者一些需要超高耐磨耐腐等性能的零部件而言，例如钻井工具中的TC轴承(又称硬质合金径向轴承)、稳定器(又称扶正器)等部件，将对其硬面材料的机械性能提出更高的要求。TC轴承或稳定器等部件的硬面层中除了使用粉体硬面材料外，还使用了硬质合金块(或片)，用以加强其耐磨损、耐腐蚀及抗冲击韧性。因此硬面层中的硬质合金块(或片)的性能也将影响着TC轴承或稳定器等待焊工件的使用寿命以及机械性能。现有技术中，所述硬质合金块(或片)一般是由碳化钨、钴两种材料组成，其烧结温度需要达到1400～1450℃，对设备性能要求高，需较高的能耗，进而增加了成本投入。还有在所述硬质合金块(或片)中添加金刚石粉末的技术方案，现有的金刚石粉末-WC-Co复合材料有三种：一种是在WC-Co硬质合金基底上采用高温高压的方法将金刚石粉末压制在WC-Co硬质合金上，即PDC复合片(聚晶金刚石复合片)；该方法对设备性能要求高，需要昂贵的高压设备以及高的能耗，同时该材料耐冲击性能较差，在用于油田钻井时容易失效。另一种是将金刚石薄膜采用低压CVD(化学气相沉积)的方法沉积在WC-Co硬质合金基底上；该方法因为Co对金刚石有催石墨化的作用，需要在WC-Co硬质合金基底和金刚石薄膜增加复杂的过渡层，以增强金刚石薄膜和WC-Co硬质合金基底间的附着，同时该材料耐冲击性能也较差且沉积层厚度很薄。第三种是将金刚石厚膜或大颗粒焊接在WC-Co硬质合金基底上；这种方法虽然简单，但金刚石厚膜或大颗粒与WC-Co硬质合金基底的附着性能差，使用寿命短。另外，现有技术中，所述硬质合金块(或片)一般采用胶粘或者点焊的方式与钢件基体结合。其中胶粘适用于烧结浸渗工艺，这种工艺的缺点是，硬质合金块(或片)与钢件结合不牢固，且填料中会存在很多孔隙，同时烧结浸渗的持续高温会对钢件基体的内部组织产生很大影响，比如晶粒长大的过热组织，最终造成钢件基体的强度低且不耐磨等。另外一种点焊方式适用于喷焊或者堆焊工艺。而喷焊的工艺因焊枪的火焰温度不高，焊料由于受热不均，易造成焊料孔隙率高，同时与钢件基体不能很好的结合，最终会造成焊料或硬质合金块(或片)磨损甚至脱落，最终造成工件的耐磨性等机械性能降低。且喷焊仅仅适用于钢件基体外圆表面的硬面处理，无法满足内壁也需要做硬面处理的工艺需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种硬质合金复合材料、其制备方法及应用，该材料低温烧结即可得到，同时可以提高硬质合金块或硬质合金片的耐磨性能。本专利技术提供了一种硬质合金复合材料，包括：碳化钨，钴，镍，磷和表面包覆钨层的金刚石粉末。优选的，所述的硬质合金复合材料包括：余量的表面包覆钨层的金刚石粉末。优选的，所述硬质合金复合材料的液相共晶温度点为850℃～950℃。优选的，所述硬质合金复合材料的烧结温度为1050℃～1200℃。优选的，所述表面包覆钨层的金刚石粉末的粒径为30μm～50μm。本专利技术还提供了一种上述硬质合金复合材料的制备方法，包括：A)将碳化钨、钴、镍和磷按照质量比混合、球磨并干燥后，与表面包覆钨层的金刚石粉末混合，得到硬质合金复合材料粉末；B)所述硬质合金复合材料粉末经压制、烧结，得到硬质合金复合材料。优选的，所述烧结的温度为1050℃～1200℃。本专利技术还提供了一种上述硬质合金复合材料或上述制备方法制备的硬质合金复合材料在制备耐磨零件中的应用。优选的，所述硬质合金复合材料为硬质合金块或硬质合金片，应用于TC轴承、稳定器的硬面处理。优选的，所述硬质合金块或硬质合金片通过等离子堆焊工艺与钢件基体形成冶金结合。与现有技术相比，本专利技术提供了一种硬质合金复合材料，包括：碳化钨，钴，镍，磷和表面包覆钨层的金刚石粉末。本专利技术在所述硬质合金复合材料中添加了磷和镍，以及表面包覆钨层的金刚石粉末，大大降低了硬质合金的液相共晶温度和烧结温度，实现了硬质合金材料的低温烧结，而较低的烧结温度很好地避免了金刚石的碳化，有效的保留其耐磨性能，进而大大提高了材料的耐磨性。实验结果表明，本专利技术提供的硬质合金复合材料的液相共晶温度点为850℃～950℃，烧结温度为1050℃～1200℃。具体实施方式本专利技术提供了一种硬质合金复合材料，包括：碳化钨，钴，镍，磷和表面包覆钨层的金刚石粉末。本专利技术在所述硬质合金复合材料中添加了磷和镍，以及表面包覆钨层的金刚石粉末，大大降低了硬质合金的液相共晶温度和烧结温度，实现了硬质合金材料的低温烧结，而较低的烧结温度很好地避免了金刚石的碳化，有效的保留其耐磨性能，进而大大提高了材料的耐磨性。实验结果表明，本专利技术提供的硬质合金复合材料的液相共晶温度点为850℃～950℃，烧结温度为1050℃～1200℃。本专利技术提供的硬质合金复合材料包括：碳化钨，所述碳化钨的含量优选为60wt％～68wt％，更优选为61wt％～67wt％。钴，所述钴优选为钴粉，所述钴的含量优选为7wt％～8wt％，更优选为7.2wt％～7.8wt％。镍，所述镍优选为镍粉，所述镍的含量优选为3wt％～4wt％，更优选为3.2wt％～3.8wt％。磷，所述磷优选为磷粉，所述磷的含量优选为0.2wt％～0.3wt％，更优选为0.22wt％～0.28wt％。和余量的表面包覆钨层的金刚石粉末。本专利技术中，所述金刚石粉末表面包覆钨层。所述钨层优选通过镀覆的方法包覆于金刚石粉末表面，本专利技术对所述镀覆钨层的方法并无特殊限定，可以为本领域技术人员熟知的化学镀覆方法。所述表面包覆钨层的金刚石粉末的粒径优选为30μm～50μm。所述钨层的厚度优选为5-10μm。上述磷和镍，以及表面包覆钨层的金刚石粉末，大大降低了硬质合金的液相共晶温度和烧结温度，液相共晶温度可以降低至850℃～950℃，烧结温度可以降低至1050℃～1200℃，实现了硬质合金材料的低温烧结致密化。同时在保留其较高的抗冲击韧性的同时，提高了其耐磨损、耐腐蚀的性能。在节约成本投入的同时，提高了硬质合金复合材料的性能，作为硬质合金块或硬质合金片应用于TC轴承、稳定器的硬面处理时，进一步提高了TC轴承、稳定器等需要做特殊硬面处理的钢件的性能及使用寿命，减少钻井作业过程中零部件的更换频率，节约成本投入的同时能够提高作业效率。同时较低的烧结温度还降低了能耗，减少了设备的损耗，节约了设备维修成本。本专利技术还提供了上述硬质合金复合材料的制备方法，包括：A)将碳化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬质合金复合材料，其特征在于，包括：碳化钨，钴，镍，磷和表面包覆钨层的金刚石粉末。

【技术特征摘要】
1.一种硬质合金复合材料，其特征在于，包括：碳化钨，钴，镍，磷和表面包覆钨层的金刚石粉末。2.根据权利要求1所述的硬质合金复合材料，其特征在于，包括：余量的表面包覆钨层的金刚石粉末。3.根据权利要求1所述的硬质合金复合材料，其特征在于，所述硬质合金复合材料的液相共晶温度点为850℃～950℃。4.根据权利要求1所述的硬质合金复合材料，其特征在于，所述硬质合金复合材料的烧结温度为1050℃～1200℃。5.根据权利要求1所述的硬质合金复合材料，其特征在于，所述表面包覆钨层的金刚石粉末的粒径为30μm～50μm。6.一种权利要求1～5任一项所述的硬质合金复合材料的制备方法，包括：A)将碳化钨、钴、镍...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈灿坤，徐跃华，
申请(专利权)人：西迪技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43