一种耐高温高耐磨性硬质合金及其制备方法技术

本发明专利技术的耐高温高耐磨性硬质合金通过调整钴粉、镍粉、铁粉、碳化钨、碳化钛、碳化钽、碳化硅的比例，科学地将上述原料通过经过混合、真空高温压制成型与烧结后，得到的耐高温高耐磨性硬质合金具有较好的强度与硬度。本发明专利技术制备的耐高温高耐磨性硬质合金晶粒分布均匀，粗晶含量少，粒径离差系数低，材料的抗冲击疲劳能力和使用寿命更高。本发明专利技术的耐高温高耐磨性硬质合金制备方法简单易行，可方便用于大批量生产。

A Cemented Carbide with High Temperature and Wear Resistance and Its Preparation Method

By adjusting the proportion of cobalt powder, nickel powder, iron powder, tungsten carbide, titanium carbide, tantalum carbide and silicon carbide, the high temperature and high wear resistant cemented carbide obtained by mixing, vacuum high temperature pressing and sintering scientifically has better strength and hardness. The cemented carbide prepared by the invention has uniform grain distribution, less coarse grain content, low particle size deviation coefficient, and higher impact fatigue resistance and service life. The preparation method of the high temperature and high wear resistance cemented carbide of the invention is simple and feasible, and can be conveniently used in mass production.

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温高耐磨性硬质合金及其制备方法
本专利技术涉及一种合金工艺，特别是硬质合金，更具体地，涉及一种耐高温高耐磨性硬质合金及其制备方法。
技术介绍
硬质合金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一种合金材料，具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，被誉为“工业牙齿”，广泛用于刀具材料、机械加工、航空航天、高压高温试验等领域。国内市场上普遍应用的硬质合金硬度可达HRA86～93，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍保持高硬度，耐磨性较差。传统硬质合金是以Co、Ni、Fe单质元素为粘结相、以WC为硬质相。随着使用温度的升高，特别是在400℃以上，Co、Ni、Fe单质元素为粘结相和WC硬质相开始发生氧化，导致传统硬质合金抗弯强度、硬度等性能显著降低，高温使用寿命也显著降低。随着硬质合金在各领域的广泛应用，对硬质合金的性能要求越来越高，现有的硬质合金难以满足在高温下的高耐磨性能，因此急需专利技术一种耐高温高耐磨性硬质合金。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种耐高温高耐磨性硬质合金，提供了一种耐高温高耐磨性硬质合金及其生产方法。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：公开的耐高温高耐磨性硬质合金，按质量百分比计，所述耐高温高耐磨性硬质合金通过以下原料制备得到：钴粉、镍粉、铁粉为12Wt.％～30Wt.％，碳化钨，碳化钛为60Wt.％～80Wt.％，碳化钽为0Wt.％～10Wt.％，碳化硅为0Wt.％～12Wt.％，除渣剂、球化剂为1Wt.％～3Wt.％，成型剂为2.0Wt.％～5.0Wt.％；其中，钴粉：镍粉：铁粉之比为1:1:2～3。钴粉、镍粉、铁粉作为粘结剂，三者在不同温度阶段生成不同晶体(包括冷却速度)，相互协同作用，作为合金材料的连续相，为合金材料提供韧性、弯矩、剪切强度等。碳化钨、碳化钛、碳化钽、以及碳化硅，以一定比列混合，碳化钽主要起到抑制晶粒长大，消除静电的作用。碳化硅主要起增加耐高温性能和耐磨性能的作用，碳化钛和碳化钨结合，主要是提高材料硬度和耐磨性能。同时，由于各组分材料的结晶温度、晶体形状与结构等等均不相同，相互配合后，可以实现在不同温度下的协同作用，提高材料的综合性能。另外，碳化硅能够增加碳化钨、碳化钛、碳化钽之间的结合强度，从而提高整个材料的力学性能。进一步地，所述碳化钨和碳化钛的质量之比为1～2:1。进一步地，所述钴粉的粒径为0.5～1.0μm，铁粉的粒径为3.0～8.0μm，镍粉的粒径为2.0～5.0μm，碳化钨的粒径为6.0～7.0μm，碳化钛的粒径为5.0～15μm，碳化硅的粒径为1.0～2.0μm，碳化钽的粒径为4.0～6.0μm。本专利技术公开上述耐高温高耐磨性硬质合金的制备方法，包括以下制备步骤：S1.将上述耐高温高耐磨性硬质合金原料加入球磨机，并注入球磨介质后混合1～3h，然后进行真空干燥；其中球磨比为7～9:1；所述真空干燥的真空度为-0.1～0.2Pa，干燥温度为300～350℃，干燥时间为1～3h；S2.将干燥好的材料放入捏合机中，保持温度180～220℃，密炼1.5～2.5h，然后模压成块；将料块在真空状态下，加温到1500～1800℃，保持2～4h进行烧结；S3.缓慢降温到1300～1400℃，保温1～2h，同时外加超声波作用，超声波强度1.5-1.8KW/m2，使材料分散均；然后快速冷却到1150～1250℃，保温0.5～1h；然后急速冷却到600～680℃，保温1～2h，然后放入0～4℃的水中急速冷却至常温。进一步地，所述球磨机用球磨介质为无水乙醇，转速为80～120r/min。进一步地，成型剂为橡胶、石蜡和聚乙二醇的任意一种。进一步地，所述步骤S2的烧结为阶段性升温，具体步骤为：Y1.预热阶段：将温度升到600～800℃，升温速率为60～75℃/min，保温0.5～0.8min；Y2.低温烧结阶段：将温度升到1050～1200℃，升温速率为110～130℃/min，保温1.0～1.5min；Y3.高温烧结阶段：将温度升到1500～1800℃，升温速率为110～120℃/min，保温0.7～1.0min。进一步地，所述烧结在氮气的保护气氛下进行。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的耐高温高耐磨性硬质合金通过调整钴粉、镍粉、铁粉、碳化钨、碳化钛、碳化钽、碳化硅的比例，科学地将上述原料通过经过混合、真空高温压制成型与烧结后，使硬质合金的强度与硬度得到提高，得到的硬质合金具有较好的强度与硬度。本专利技术制备的耐高温高耐磨性硬质合金晶粒分布均匀，粗晶含量少，粒径离差系数低，材料的抗冲击疲劳能力和使用寿命更高。本专利技术的耐高温高耐磨性硬质合金制备方法简单易行，可方便用于大批量生产。具体实施方式以下结合说明书和具体实施例来进一步说明本专利技术，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。除非特别说明，本实施例所用的原料和设备均为本
常规市购的原料和设备。实施例1本实施例的耐高温高耐磨性硬质合金，通过表1的原料制备得到，成型剂为橡胶；其中，钴粉的粒径为0.5～1.0μm，铁粉的粒径为3.0～8.0μm，镍粉的粒径为2.0～5.0μm，碳化钨的粒径为6.0～7.0μm，碳化钛的粒径为5.0～15μm，碳化硅的粒径为1.0～2.0μm，碳化钽的粒径为4.0～6.0μm。其制备方法，包括以下制备步骤：S1.将上述耐高温高耐磨性硬质合金原料加入球磨机，转速为100r/min，并注入球磨介质无水乙醇后混合3h，然后进行真空干燥；其中球磨比为7：1；真空干燥的真空度为-0.1～0.2Pa，干燥温度为300℃，干燥时间为1h；S2.将干燥好的材料放入捏合机中，保持温度220℃，密炼1.5h，然后模压成块；将料块在真空状态下，加温到1800℃，保持4h进行烧结；S3.缓慢降温到1400℃，保温2h，同时外加超声波作用，超声波强度1.5KW/m2，使材料分散均；然后快速冷却到1250℃，保温0.5h；然后急速冷却到680℃，保温1h，然后放入0～4℃的水中急速冷却至常温。烧结采用阶段性升温：具体步骤为：Y1.预热阶段：将温度升到600～800℃，升温速率为60～75℃/min，保温0.5～0.8min；Y2.低温烧结阶段：将温度升到1050～1200℃，升温速率为110～130℃/min，保温1.0～1.5min；Y3.高温烧结阶段：将温度升到1500～1800℃，升温速率为110～120℃/min，保温0.7～1.0min。实施例2本实施例的耐高温高耐磨性硬质合金，通过表1的原料制备得到，成型剂为石蜡；其中，各粉末粒径与实施例1相同。其制备方法，包括以下制备步骤：S1.将上述耐高温高耐磨性硬质合金原料加入球磨机，转速为120r/min，并注入球磨介质无水乙醇后混合1h，然后进行真空干燥；其中球磨比为9：1；真空干燥的真空度为-0.1～0.2Pa，干燥温度为350℃，干燥时间为3h；S2.将干燥好的材料放入捏合机中，保持温度180℃，密炼2.5h，然后模压成块；将料块在真空状态下，加温到1500℃，保持2h进行烧结；S3.缓慢降温到1300℃，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温高耐磨性硬质合金，其特征在于，按质量百分比计，所述耐高温高耐磨性硬质合金通过以下原料制备得到：钴粉、镍粉、铁粉为12Wt.％～30Wt.％，碳化钨，碳化钛为60Wt.％～80Wt.％，碳化钽为0Wt.％～10Wt.％，碳化硅为0Wt.％～12Wt.％，除渣剂、球化剂为1Wt.％～3Wt.％，成型剂为2.0Wt.％～5.0Wt.％；其中，钴粉：镍粉：铁粉之比为1:1:2～3。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温高耐磨性硬质合金，其特征在于，按质量百分比计，所述耐高温高耐磨性硬质合金通过以下原料制备得到：钴粉、镍粉、铁粉为12Wt.％～30Wt.％，碳化钨，碳化钛为60Wt.％～80Wt.％，碳化钽为0Wt.％～10Wt.％，碳化硅为0Wt.％～12Wt.％，除渣剂、球化剂为1Wt.％～3Wt.％，成型剂为2.0Wt.％～5.0Wt.％；其中，钴粉：镍粉：铁粉之比为1:1:2～3。2.根据权利要求1所述耐高温高耐磨性硬质合金，其特征在于，所述碳化钨和碳化钛的质量之比为1～2:1。3.根据权利要求1所述耐高温高耐磨性硬质合金，其特征在于，所述钴粉的粒径为0.5～1.0μm，铁粉的粒径为3.0～8.0μm，镍粉的粒径为2.0～5.0μm，碳化钨的粒径为6.0～7.0μm，碳化钛的粒径为5.0～15μm，碳化硅的粒径为1.0～2.0μm，碳化钽的粒径为4.0～6.0μm。4.一种由权利要求1～权利要求3任意一项所述耐高温高耐磨性硬质合金的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：S1.将上述耐高温高耐磨性硬质合金原料加入球磨机，并注入球磨介质后混合1～3h，然后进行真空干燥；其中球磨比为7～9：1；所述真空干燥的真空度为-0.1～0.2Pa，干燥温度为300～350℃，干燥时间为1～3h；S2.将干燥好的材料放入捏合机中，保持温度180～...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾广胜，曾雁琳，曾昭杰，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43