一种高致密度WC/Co复合材料硬质合金的制备方法技术

本发明专利技术属于陶瓷材料制备技术领域，具体涉及一种WC/Co复合材料硬质合金的制备方法。首先将碳化物粉末通过钴盐活化后，采用化学镀方法使得碳化物粉体表面包覆一层均匀的金属钴；然后，将表面镀覆钴层的碳化物粉末放电等离子烧结，制备得到WC/Co复合材料硬质合金。本发明专利技术制备过程操作简单，制备周期短，污染少且成本低，制备的复合材料致密度高，可作为磁性材料、合金材料等应用于矿山工具、建筑等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种高致密度WC/Co复合材料硬质合金的制备方法
本专利技术涉及一种高致密度WC/Co复合材料硬质合金的制备方法，具体涉及一种基于钴盐活化的化学镀钴包碳化钨的方法，属于材料制备领域。
技术介绍
作为新时代高新技术发展和现代文明的物质基础，材料已成为21世纪的三大支柱产业之一。科技进步推动材料由单一化向多元化转变，两种或多种材料组成的复合材料成为研究热点，硬质合金作为复合材料的重要发展方向，广泛应用于各个领域。硬质合金是通过一定的粉末冶金方法，将难熔金属的化合物与粘结相金属按照性能需要设计的形式、比例、分布组合而制成的新材料。相较于传统单一金属化合物材料，硬质合金在保持各组分材料性能的优点的基础上，还可实现不同组成材料间的性能互补与共同增益。它的硬度高，强度和韧性好，同时兼备优良的耐磨、耐热、耐腐蚀等性能。在此基础上，针对不同的产品使用要求，对硬质合金成分的设计加以变化可以获得具备不同的物理和化学特质的材料，同时应用现代粉末冶金工艺，硬质合金粉末可被生产并加工成各种形状和尺寸，能很好地满足绝大部分的应用要求。硬质合金的制备是一个从粉体到块体再至因不同使用要求而制备称为不同形状、尺寸及性能的合金制品的复杂工艺过程。经过数十年的发展，硬质合金的生产制备工艺逐渐成熟。硬质合金的制备主要经过粉末制备、压制成型与烧结等环节，制备过程中对这些主要环节的技术控制将直接影响最终硬质合金制品的各方面性能。目前工业生产中最常用的制备WC-Co粉末的方法就是采用机械混合方式-球磨法对硬质相及粘结相粉末进行混合，压制成坯料，再进烧结炉加热到一定温度(烧结温度)，并保持一定的时间(保温时间)，然后冷却下来，从而得到所需性能的硬质合金材料。文献(鲍瑞,易健宏.微波烧结技术在硬质合金制备中的应用[J].中国有色金属学报,2014,24(06):1544-1561.)报道了一种采用微波烧结技术制备硬质合金的制备方法，概述了微波烧结技术制备硬质合金的发展现状及微波烧结硬质合金中存在的问题。但是，在升温过程中，能量的传递过程受热传导系数的制约，而且很容易造成温度分布不均匀现象，不利于硬质合金制品性能的提高。而专利(赵占奎,孙悦庭,王明罡.一种放电等离子烧结制备大块非晶合金的方法:,CN105039761A[P].2015.)报道了一种放电等离子烧结制备大块非晶合金的方法，该方法基于放电等离子烧结技术，通过降低脉冲占空比来制备界面结合强度高，致密度高，非晶特性保持良好的大块体非晶合金；文献(卢晨阳,吕铮,余亮,刘春明.放电等离子烧结技术制备的纳米结构9Cr-ODS钢及其微观结构分析[J].稀有金属材料与工程,2016,45(02):454-458.)报道了采用放电等离子烧结(SPS)技术取代传统热等静压工艺，制备出具有超细晶粒的纳米结构9Cr氧化物弥散强化(ODS)钢。为此，本专利技术基于钴盐活化的化学镀钴包碳化钨粉体采用放电等离子烧结技术，利用具有导电性的碳化钨、钴及石墨模具将脉冲电流以高功率输出，输出的电流一方面可依靠石墨模具的进行传输热量，由外向内对模具中的样品进行加热，另一方面电流以碳化钨为导体穿过样品内部而产生热量，由内向外对样品进行加热。对相较于传统烧结方式，放电等离子烧结的整个过程时间短且效率高，样品受热均匀更易致密化。
技术实现思路
专利技术目的：针对硬质合金材料的研究现状，本专利技术提供一种高均匀度、高致密度且污染少的WC/Co复合材料的制备方法。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采取如下技术方案：一种高致密度WC/Co复合材料硬质合金的制备方法，包括如下步骤：1)碳化钨粉体表面预处理：将碳化钨粉体加入粗化液中，在超声分散作用下粗化；粗化后的粉体加入到活化液中在超声分散环境下进行浸泡处理；然后将浸泡过的粉体放入坩埚中利用箱式炉进行加热处理，在碳化钨粉体表面生成金属钴，得到碳化钨活化粉体；2)碳化钨粉体表面包覆：将经过粗化、钴盐活化预处理后的碳化钨活化粉体于化学镀液中进行施镀反应，观察有大量气泡产生，待气泡不再产生时，反应停止，将溶液进行过滤，用去离子水洗涤粉体并烘干，获得表面镀覆有均匀钴层的碳化钨复合粉体；3)碳化钨-钴复合材料的烧结：将步骤2)得到的碳化钨复合粉体装入石墨模具中进行压实，并放置压头以完成模具组装，之后将模具放入放电等离子体烧结炉中并抽真空得到合金粉末，合金粉末在放电等离子体烧结炉中进行烧结成型，结束后，关闭电源并冷却至室温，取出样品即得高致密度WC/Co复合材料硬质合金。其中，在步骤1)中碳化钨粉体的粒度为3～5μm。其中，在步骤1)中，将碳化钨粉体按20～500g/L的装载量加入至粗化液中进行粗化，所述粗化液为氢氟酸-硝酸溶液，所述氢氟酸和硝酸的体积比为3:2。其中，在步骤1)中，所述超声波频率为30～40kHz，超声波功率为100～150W。其中，在步骤1)中，所述活化液为硫酸钴-次磷酸钠溶液，组成为七水合硫酸钴40～50g/L，一水合次磷酸钠40～50g/L，浸泡时间为30～120min。其中，在步骤1)中，所述箱式炉的升温速度为5～10℃/min，加热处理温度为160～220℃，保温时间为60～120min。其中，在步骤2)中，化学镀液的组成为七水合硫酸钴30-50g/L、一水合次磷酸钠30-50g/L、二水合柠檬酸钠50-70g/L和硼酸20-30g/L。其中，在步骤2)中，所述化学镀液相反应发生体系pH值控制在9-12，将化学镀液置于水浴中加热并机械搅拌，水浴温度控制在70-90℃，搅拌棒转速为300-500r/min，施镀时间为5-15min。其中，在步骤3)中，所述合金粉末在放电等离子烧结设备中加热速度为50℃/min-150℃/min，压力为50MPa-100MPa。其中，在步骤3)中，所述合金粉末烧结后保温温度为1300℃-1500℃，保温时间为3min-10min。其中，在步骤3)中，所取得合金粉末的质量为5-10g。更为优选地，在步骤3)中，合金粉末在放电等离子烧结设备中加热速度为100℃/min，压力为70MPa。更为优选地，在步骤3)中，合金粉末烧结后保温温度为1400℃，保温时间为5min。有益效果：本专利技术提供了一种得到高致密度、高均匀的WC/Co复合材料硬质合金的制备技术。采用化学镀方法使得碳化物粉体表面包覆一层均匀的金属钴，并将粉末进行放电等离子烧结，制备得到WC/Co复合材料硬质合金样品受热均匀更易致密化。制备过程操作简单，时间短且效率高，污染少且成本低，制备的复合材料致密度高，可作为合金材料、磁性材料等应用于矿山工具、建筑、航空机械等领域。附图说明图1为钴含量分别为11wt％钴包碳化钨粉体烧结后断口形貌结果((图1a)低倍及(图1b)高倍)。具体实施方式以下为本专利技术的优选实施方式，仅用于解释本专利技术，而非用于限制本专利技术，且由该说明所作出的改进都属于本专利技术所附权利要求所保护的范围。碳化钨粉体即WC粉末购买于河北省南宫市平原合金材料有限公司生产的WC粉。实施例1本实施例提供了一种高致密度WC/Co复合材料硬质合金的制备方法，制备步骤如下：(1)取平均粒度为5μm的WC粉末2g，将WC粉末加入粗化液氢氟酸-硝酸溶液中，在超声分散作用下粗化，其中，氢氟酸浓度为60ml/L，硝酸浓度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高致密度WC/Co复合材料硬质合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）碳化钨粉体表面预处理：将碳化钨粉体加入粗化液中，在超声分散作用下粗化；粗化后的粉体加入到活化液中在超声分散环境下进行浸泡处理；然后将浸泡过的粉体放入坩埚中利用箱式炉进行加热处理，在碳化钨粉体表面生成金属钴，得到碳化钨活化粉体；2）碳化钨粉体表面包覆：将经过粗化、钴盐活化预处理后的碳化钨活化粉体于化学镀液中进行施镀反应，观察有大量气泡产生，待气泡不再产生时，反应停止，将溶液进行过滤，用去离子水洗涤粉体并烘干，获得表面镀覆有均匀钴层的碳化钨复合粉体；3）碳化钨‑钴复合材料的烧结：将步骤2）得到的碳化钨复合粉体装入石墨模具中进行压实，并放置压头以完成模具组装，之后将模具放入放电等离子体烧结炉中并抽真空得到合金粉末，合金粉末在放电等离子体烧结炉中进行烧结成型，结束后，关闭电源并冷却至室温，取出样品即得高致密度WC/Co复合材料硬质合金。

【技术特征摘要】
1.一种高致密度WC/Co复合材料硬质合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）碳化钨粉体表面预处理：将碳化钨粉体加入粗化液中，在超声分散作用下粗化；粗化后的粉体加入到活化液中在超声分散环境下进行浸泡处理；然后将浸泡过的粉体放入坩埚中利用箱式炉进行加热处理，在碳化钨粉体表面生成金属钴，得到碳化钨活化粉体；2）碳化钨粉体表面包覆：将经过粗化、钴盐活化预处理后的碳化钨活化粉体于化学镀液中进行施镀反应，观察有大量气泡产生，待气泡不再产生时，反应停止，将溶液进行过滤，用去离子水洗涤粉体并烘干，获得表面镀覆有均匀钴层的碳化钨复合粉体；3）碳化钨-钴复合材料的烧结：将步骤2）得到的碳化钨复合粉体装入石墨模具中进行压实，并放置压头以完成模具组装，之后将模具放入放电等离子体烧结炉中并抽真空得到合金粉末，合金粉末在放电等离子体烧结炉中进行烧结成型，结束后，关闭电源并冷却至室温，取出样品即得高致密度WC/Co复合材料硬质合金。2.根据权利要求1所述的高致密度WC/Co复合材料硬质合金的制备方法，其特征在于，在步骤1）中碳化钨粉体的粒度为3~5μm。3.根据权利要求1所述的高致密度WC/Co复合材料硬质合金的制备方法，其特征在于，在步骤1）中，将碳化钨粉体按20~500g/L的装载量加入至粗化液中进行粗化，所述粗化液为氢氟酸-硝酸溶液，所述氢氟酸和硝酸的体积比为3:2。4.根据权利要求1所述的高致密度WC/Co复合材料硬质合金的制备方法，其特征在于，在步骤1）中，所述超声波频率为30~40kHz，超声波功率为100~15...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建峰，王笑影，张维维，卜凡，王越，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32