一种硬质合金原料及其制备硬质合金刀具材料的方法技术

本发明专利技术涉及硬质合金材料领域，具体涉及一种硬质合金原料及其制备硬质合金刀具材料的方法，所述硬质合金原料的组分及各组分的重量百分比是：碳化钨：80‑90％；钴粉：6‑12％；碳化钛：0‑5％；氮化钛：0‑5％；微量元素：0‑0.5％；所述原料粉体粒度分布于0.5‑2um。本发明专利技术用硬质合金原料制备硬质合金刀具材料的方法包括：混粉、球磨、干燥、过筛、压块、预烧结、高温真空烧结、高温氮气烧结。本发明专利技术制备方法制得的硬质合金刀具材料制造成本低，表面具有金色或红棕色外表、硬度高、耐磨性好，且膜基结合力强，且本发明专利技术方法所制备的硬质合金刀具材料的相对密度高于99％，硬度为20～28GPa，断裂韧性为6～8MPa·m1/2，划痕法测试得到的膜基结合力临界载荷大于80N。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种硬质合金原料及其制备硬质合金刀具材料的方法，具体涉及一种通过原位化学反应来制备表面富含Ti基硬质相的碳化钨基硬质合金原料及其制备方法。
技术介绍
硬质合金是由高硬度难熔的金属碳化物粉末(WC、TiC、TiCN、VC、Cr3C2、TaC、ZrC等)为主相，以过渡族金属钴(Co)、镍(Ni)、钼(Mo)、铁(Fe)等作为粘结相高温烧结而成的一种合金材料。硬质合金多采用金属粉末冶金工艺、高温液相烧结的方法来制备。硬质合金具有高强度、高硬度、高韧性等许多优异性能，故而被广泛地应用于切削、钻孔、采矿、工具成形及耐磨零件等领域[7]。与高速钢相比，硬质合金具有较好的红硬性，当温度超过600℃时，其硬度高于室温下的高速钢；当温度超过1000℃，其硬度仍然高于常温碳钢。鉴于硬质合金刀具正在向高效、高精度、高可靠性和专用化方向发展，并且由于在高速切削加工中所产生的切削热对硬质合金刀具的磨损比常规切削高得多，因此对硬质合金材料的硬度、强度、耐磨性、韧性和抗冲击能力以及高的红硬性和化学稳定性有更高的要求。Ti基硬质相具有良好的高硬度、高韧性、高耐磨性和化学稳定性，优异的热稳定性和抗高温氧化性能，光滑平整的表面和较低的摩擦系数，其键的极限断裂强度比脆性材料的极限断裂强度高出20％，非常适合于高速、超精度加工，是制备高性能硬质合金刀具的主要方向。涂层能够有效地提高了硬质合金制品表面硬度和耐磨性，延长硬质合金制品的使用寿命，减少损耗，提高机加工效率。为改善硬质合金的切削性能，工业发达国家80％以上的硬质合金刀具都经过表面涂覆处理。实际上，带涂层硬质合金刀具，能够有效提高钻孔精度、改善耐磨性能从而延长刀具寿命。带涂层硬质合金刀具的实际应用中，所面临的最大问题是涂层中会产生过大的残余应力以及涂层与硬质合金刀具基体材料之间较弱的结合强度而导致的涂层过早发生开裂、剥落等失效。这是因为涂层与基体材料之间的热物理化学特性往往差异较大，导致界面处应力集中，使膜基结合强度降低，涂层容易开裂、剥落。解决的有效措施是在硬质合金刀具表面制备多层多元梯度复合涂层，通过一层或多层的中间层来改善它们的适应性，缓解化学键、热膨胀系数等性能的差别，改善膜基结合力。但是多层多元梯度复合涂层的制备工艺相对而言较为复杂，且设备昂贵，造成成本居高不下和难以广泛推广。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种硬质合金原料。这种硬质合金原料粒度较小，粒度分布于0.5-2.0um；化学稳定性好，湿法球磨过程中各原料成分之间不会发生化学反应；原料颗粒形状多为球形，压胚成型性较好。本专利技术的另一目的是提供一种用硬质合金原料制备硬质合金刀具材料的方法。本专利技术避免繁琐的多层涂层沉积工艺流程以及昂贵的设备需求，用简单有效的方法通过原位化学反应制备硬质合金刀具材料，制备的硬质合金刀具材料具有高硬度、高韧性、耐磨损等优异综合性能。本专利技术的技术方案是：本专利技术的硬质合金原料，所述合金原料的组分及各组分的重量百分比是：碳化钨：80-90％；钴粉：6-12％；碳化钛：0-5％；氮化钛：0-5％；微量元素：0-0.5％；所述原料粉体粒度分布于0.5-2.0um；本专利技术用硬质合金原料制备硬质合金刀具材料的方法，是用硬质合金原料通过原位化学反应来制备表面富含Ti基硬质相的碳化钨基硬质合金。本专利技术用硬质合金原料制备硬质合金刀具材料的方法，包括如下步骤：a)将硬质合金原料加入硬质合金研磨罐，加入硬质合金研磨球，掺入1-3wt.％的石蜡，并注入四氯化碳后球磨24-48小时，然后进行干燥；b)将干燥后的粉体进行过筛；c)干压成的坯体，再经100-150MPa冷等静压；d)将成型毛坯在600-900℃下进行预烧结；e)将预烧结后的样品在1350-1450℃的温度下进行真空烧结；f)将真空烧结后的样品在1300-1400℃的温度下进行氮气烧结。本专利技术提供的通过原位化学反应来制备表面富含Ti基硬质相的碳化钨基硬质合金原料及其制备方法，具有如下优点：1)本专利技术提供的硬质合金原料及制备方法，采用原位化学反应在硬质合金基体表面直接生成Ti基硬质相，避免了复杂的PVD技术沉积涂层工艺，制备工艺和设备相对简单，制备时间大为减少，可缩短硬质合金刀具的生产周期，降低生产成本。本专利技术提供的硬质合金原料，碳化物的粉末的粒度小于2um，粒度较小，在合金原料混磨的过程中，磨球的大小配比及与所述硬质合金的重量比为10:1，球磨效果好，且可减少球磨的时间，进而缩短硬质合金刀具的生产周期，降低生产成本。2)本专利技术提供的通过原位化学反应来制备表面富含Ti基硬质相的碳化钨基硬质合金原料及其制备方法，制得的硬质合金具有金色或红棕色的外表。本专利技术提供的原位化学反应技术在硬质合金表面制备得到的Ti基硬质相具有金色或红棕色外表，因为是原位化学反应生成的Ti硬质涂层，故该涂层具有较高的膜基结合力，采用划痕仪测试其膜基结合性能，临界载荷80N以内不见有涂层剥落失效；且经转速300r/min，时间30min连续切削过程中未见涂层开裂、剥落等失效，相比于无此硬质相涂层的硬质合金材料，耐磨性能和刀具寿命得到提高。本专利技术提供的硬质合金原料及其制备方法，制得的硬质合金，临界载荷大于80N，使用寿命提高20-30％。3)本专利技术提供的硬质合金原料，制得的硬质合金具有硬度高、强度高、寿命长的优点，同时保证了硬质合金的硬度和韧性。碳化钨、钴粉、钼粉、碳化钛、氮化钛的粒度小于2um，纯度达到99.9％以上，碳化钨、钴粉、钼粉、碳化钛、氮化钛的高度混合，且钼粉的含量始终是1％，钴粉的含量为8-10％，钴粉和钼粉作为粘结剂，同时钼粉也能够起到细化碳化钨晶粒的作用，这种钴粉和钼粉混合粘结剂的含量比现有的硬质合金粘结剂的含量高，从而使细粒度的碳化钨、碳化钛、氮化钛与混合粘结剂充分接触，增加了粘结面积，提高了粘结力，从而提高了合金的韧性和致密性。特别是当碳化钨、钴粉、钼粉、碳化钛、氮化钛按最佳的比例添加时，具有较好的综合力学性能，效果更好。同时，钼粉作为晶粒生长抑制剂还能阻碍晶粒的异常生长，从而具有使晶粒均匀化的作用。本专利技术提供的硬质合金原料及其制备方法，制得的硬质合金，硬度为20～28GPa，断裂韧性为6～8MPa·m1/2。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本邻域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：硬质合金原料的各组分及各组分的含量如下(总重量为：100g)组分碳化钨钴粉钼粉碳化钛氮化钛重量(g)86101.02.50.5重量百分比(％)86101.02.50.5其中，碳化钨、钴粉、钼粉、碳化钛、氮化钛的粒度都为0.5-2.0um，纯度达到99.9％以上。用上述硬质合金原料制备硬质合金刀具材料，制备方法的步骤如下：a、将上述硬质合金原料加入研磨罐，加入硬质合金研磨球，掺入1-3wt.％的石蜡，并注入四氯化碳后球磨48小时，然后进行干燥；b、将干燥后的粉体进行过筛；c、干压成的坯体，在经150MPa冷等静压；d、将成型毛坯在900℃下进行预烧结；e、将预烧结后的样品在1400℃的温度下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬质合金原料，其特征在于所述合金原料的组分及各组分的重量百分比是：碳化钨：80‑90％；钴粉：6‑12％；碳化钛：0‑5％；氮化钛：0‑5％；微量元素：0‑0.5％；所述原料粉体粒度分布于0.5‑2um。

【技术特征摘要】
1.一种硬质合金原料，其特征在于所述合金原料的组分及各组分的重量百分比是：碳化钨：80-90％；钴粉：6-12％；碳化钛：0-5％；氮化钛：0-5％；微量元素：0-0.5％；所述原料粉体粒度分布于0.5-2um。2.根据权利要求1所述的硬质合金原料，其特征在于所述合金原料的组分及各组分的重量百分比是碳化钨：84-90％；钼粉：1％；钴粉：8-10％；碳化钛：0.5-2.5％；氮化钛：0.5-2.5％；微量元素：0-0.5％。3.根据权利要求1所述的硬质合金原料，其特征在于所述碳化钨、钴粉、碳化钛、氮化钛的粒度小于2um，纯度达到99.9％以上。4.一种用权利要求1所述硬质合金原料制备硬质合金刀具材料的方法，其特征在于硬质合金原料通过原位化学反应来制备表面富含Ti基硬质相的碳化钨基硬质合金。5.根据权利要求4所述的用硬质合金原料制备硬质合金刀具材料的方法，其特征在于包括如下步骤：a)将硬质合金原料加入硬质合金研磨罐，加入硬质合金研磨球，掺入1-3wt.％的石蜡，并注入四氯化碳后球磨24-48小时，然后进行干燥；b)将干燥后的粉体进行过筛；c)干压成的坯体，再经100-150MPa冷等静压；d)将成型毛坯在6...

【专利技术属性】
技术研发人员：弓满锋，梅芳，隋广洲，连海山，莫德云，
申请(专利权)人：岭南师范学院，
类型：发明
国别省市：广东;44