一种铁基无磁硬质合金材料及其制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种铁基无磁硬质合金材料，以重量份计，包括以下组分：TiC为80‑95份；WC为0‑5份；Fe为5‑30份；Ni为0‑20份；Cr为0.5‑5份；Si为0.1‑5份；Ye为0.1‑5份；Ta为0.1‑5份；B为0.1‑0.5份；Mo为0.5‑5份。本发明专利技术还相应提供一种上述铁基无磁硬质合金材料的制备方法和应用。本发明专利技术的硬质合金中W的使用量很少甚至可以不使用W，而采用Ti替代，Ti是一种储量丰富且相对廉价的金属，替代稀有的战略储备金属W，具有重要的经济与社会意义，同时，可以大大减少硬质合金材料的成本。

A Ferro-based Non-magnetic Cemented Carbide Material and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种铁基无磁硬质合金材料及其制备方法、应用
本专利技术属于合金材料领域，尤其涉及一种无磁硬质合金材料及其制备方法、应用。
技术介绍
硬质合金作为工业的牙齿，广泛应用于切削工具、矿山工具及耐磨零件等国民经济的各个领域，是一种工业基础性的高科技材料。尤其是在模具行业，硬质合金模具的使用寿命与钢材比较，使用寿命可延长十倍甚至几十倍以上。在一些特殊材料的成型领域，如磁性材料的压制成型，又必须需要无磁硬质合金来制作相应的模具。目前的无磁硬质合金材料基本上是由WC、Ni作为主要原材料，而W作为战略储备资源，一方面随着可采量的不断增长，资源消耗加快，资源的储量在逐步减少，另外一方面W的价格昂贵，模具生产成本高。因此，急需开发新型的无钨或少钨的无磁硬质合金材料。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种少钨或无钨的铁基无磁硬质合金材料，并相应提供其制备方法和应用。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种铁基无磁硬质合金材料，以重量份计，包括以下组分：上述铁基无磁硬质合金材料中，优选的，所述铁基无磁硬质合金材料的密度为5.0-6.0g/cm3。本专利技术中的铁基复合材料应当在尽量减小W使用的前提下尽可能提高铁基复合材料的硬度，减小铁基复合材料的密度，提高铁基复合材料的耐磨性。我们进一步研究表明，TiC、WC、Fe、Ni的用量需要进一步优化，具体的：TiC为85-92份；WC为1-1.8份；Fe为5-10份；Ni为1-5份；上述优化后的TiC、WC、Fe、Ni相互协同作用可以保证尽量减小W使用的前提下尽可能提高铁基复合材料的硬度，减小铁基复合材料的密度，提高铁基复合材料的耐磨性。进一步优选的，TiC为90份；WC为1.5份；Fe为5份；Ni为2份。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种上述铁基无磁硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将原料按比例混合后进行高能行星球磨，然后喷雾干燥、压制成型得到压胚体；(2)将步骤(1)中得到的压胚体脱除成型剂(烧结脱除)，然后真空烧结即得到铁基无磁硬质合金材料。上述制备方法中，优选的，高能行星球磨时，以酒精与聚乙二醇的混合物为球磨介质，酒精与聚乙二醇的体积比为(3-10)：1，球磨比为(5-8)：1，球磨时间为8-12h。上述制备方法中，优选的，喷雾干燥时，干燥时间为0.5-2h，干燥温度为60-80℃，介质气体为氩气或氮气。上述制备方法中，优选的，压制成型时控制压力为30-120T。上述制备方法中，优选的，脱除成型剂时，控制烧结温度为450-550℃，保温时间为0.5-2h，气氛为氢气。上述制备方法中，优选的，真空烧结时，烧结温度为1400-1500℃，保温时间为0.5-2h。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种上述铁基无磁硬质合金材料的应用，以所述铁基无磁硬质合金材料为基体制备带涂层复合材料，制备过程包括以下步骤：(1)清洗所述铁基无磁硬质合金材料，再对所述铁基无磁硬质合金材料进行电化学刻蚀得到电化学刻蚀基体；(2)在氩气保护下，对步骤(1)中的电化学刻蚀基体进行电火花放电强化修复，在电化学刻蚀基体表面涂覆涂层即得到所述带涂层复合材料。采用氩气保护可以有效的防止电极材料被氧化，有利于电极材料的均匀过渡，有效的改善涂层的表面质量。上述应用中，优选的，所述清洗是指将铁基无磁硬质合金材料浸渍于浓度为2％的硫酸与5％的硝酸中，浸渍时间为10-30min，再用酒精将表面清洗干净；电化学刻蚀时，控制电流密度为8-20A/dm2，电解时间为30-120min，电解液温度控制在60-90℃；电火花放电强化修复时，使用金属表面强化修复机，在电化学刻蚀基体表面上堆焊合金或沉积金属陶瓷，控制电火花放电频率70-2000Hz，火花持续10-6-10-5秒，在接触区域将电极瞬间加热至8000-25000℃，使涂层材料沉积堆焊到电化学刻蚀基体表面上，产生冶金结合，电极采用旋转方式。电极采用旋转方式，相对于传统设备的电极振动方式具有较大的优势，因为后者获得涂层为电极材料的点堆积，涂层的连续性，均匀性很难得到保证，而电极旋转时，电极与基体之间为线接触，乃至于面的接触，得到涂层为连续涂层。电火花表面强化技术是一种具有独特优势的材料表面技术，电火花强化是一种低应力、低变形的表面强化工艺。电火花表面强化技术是直接利用电能的高能量密度对金属表面进行强化的工艺，它是通过电火花放电的作用，把作为电极的导电材料熔渗进金属工件的表层，从而形成合金化的表面强化层，使工件表面的物理，化学性能和力学性能得到改善。本专利技术中，将电火花表面强化技术和铁基无磁硬质合金材料相结合，其二者协同作用，铁基无磁硬质合金材料的特性与电火花表面强化技术相结合，电火花强化层与基体的结合非常牢固，不会发生剥落，制备得到的带涂层复合材料具有高硬度、高耐磨性、高疲劳强度、高耐磨蚀性、抗氧化、耐高温、耐烧蚀等高综合性能，具体可根据性质的需要选择特定的涂层以达到特定的性能。本专利技术中，TiC与WC作为硬质相，Fe与Ni作为粘结相，Cr、Si、Ta、Mo作为增强相，B与Ye的作用主要是除氧。其中部分增强相的加入有利于粘结相与硬质相结合力的提高及润湿性的提高，同时提高了材料的耐磨性能与强度，起到细化晶粒，强韧化材料性能等作用。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术硬质合金材料为铁基复合材料，铁元素在一定条件下其居里点可以降到室温，从而实现由强磁性向无磁性的转变，同时，利用TiC作为WC的替代材料，可大幅降低合金的比重，由通常的14.0-15.0g/cm3降至5.0-6.0g/cm3，既大量的节省了材料，又能实现合金材料的无磁性。2、本专利技术的硬质合金中W的使用量很少甚至可以不使用W，而采用Ti替代，Ti是一种储量丰富且相对廉价的金属，替代稀有的战略储备金属W，具有重要的经济与社会意义，同时，可以大大减少硬质合金材料的成本。3、本专利技术的硬质合金通过优化硬质相、粘结相和增强相之间的配比关系，各组分间相互协同作用，最终得到的硬质合金具有高硬度、高耐磨性、高疲劳强度、高耐磨蚀性等高综合性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为实施例1中铁基无磁硬质合金的SEM图。图2为实施例2中铁基无磁硬质合金的SEM图。图3为实施例3中铁基无磁硬质合金的SEM图。图4为实施例4中铁基无磁硬质合金的SEM图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本专利技术作更全面、细致地描述，但本专利技术的保护范围并不限于以下具体的实施例。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围。除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。实施例1：一种铁基无磁硬质合金材料，以质量百分比计，包括以下组分：上述铁基无磁硬质合金材料的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁基无磁硬质合金材料，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：

【技术特征摘要】
1.一种铁基无磁硬质合金材料，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：2.根据权利要求1所述的铁基无磁硬质合金材料，其特征在于，所述铁基无磁硬质合金材料的密度为5.0-6.0g/cm3。3.一种如权利要求1或2所述的铁基无磁硬质合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将原料按比例混合后进行高能行星球磨，然后喷雾干燥、压制成型得到压胚体；(2)将步骤(1)中得到的压胚体脱除成型剂，然后真空烧结即得到铁基无磁硬质合金材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，高能行星球磨时，以酒精与聚乙二醇的混合物为球磨介质，酒精与聚乙二醇的体积比为(3-10)：1，球磨比为(5-8)：1，球磨时间为8-12h。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，喷雾干燥时，干燥时间为0.5-2h，干燥温度为60-80℃，介质气体为氩气或氮气。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，压制成型时控制压力为30-120T。7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，脱除成型剂时，控制烧结温度为450-550℃，保温时间为0.5-2h，气氛为氢气。8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，真空烧结时，烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明，
申请(专利权)人：株洲精工硬质合金有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43