制备WC‑Co系硬质合金材料的方法技术

本发明专利技术涉及制备WC‑Co系硬质合金材料的方法，其包括将WC粉置于加热炉中，溶解后加入Co粉，待溶清后捞净浮渣，得到合金液；将合金液滴落至高速旋转的紫铜轮表面甩出，冷却得到合金带；将合金带浸泡在盐酸中，然后洗涤、干燥；裁剪干燥后的合金带，再球磨，得到合金粉；将上述合金粉置于挤压模具中，再通过挤压机挤压成型，得到硬质合金材料；再对上述硬质合金进行热处理。本发明专利技术通过旋转的紫铜轮将合金液甩出，可使合金液快速冷却，保证金属在高温阶段停留时间较短，合金元素来不及扩散，从而细化组织，降低偏析；同时，将WC‑Co合金粉进行热压烧结和热处理，可获得较高的硬度和强度的硬质合金材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铜基合金材料，具体说是制备WC-Co系硬质合金材料的方法。
技术介绍
矿山、煤炭和石油钻探用硬质合金的用量很大，这些凿岩用硬质合金工具由于技术的限制，多年来变化很小，且这些变化无非是通过精度控制合金纯净度和粘结相组成等。目前矿用硬质合金工具主要采用WC-Co合金。一般情况下，钻井用、煤炭开采用和沥青切割用冲击式钻头上的合金组成为WC和6—11%Co，而不同用途的合金，因为某些性能的提高导致另一些性能的降低。如高耐磨合金通常韧性不好，反之，韧性好的合金耐磨性不佳。降低Co含量和提高硬度可减少合金磨损，而增加Co含量和加大WC晶粒度可提高冲击韧性。目前，WC-Co合金的制备可采用层压法、烧结等工艺，通过这些工艺制备的WC-Co硬质合金的WC晶粒呈连续分布，且具有Co相梯度的合金，细晶一侧具有较高的硬度，粗晶一侧具有一定的抗弯强度；在烧结时，Co相从粗晶一侧迁移至细晶侧，其硬度和强度还不够。随着自然资源的不断开发与应用，对矿山用硬质合金的要求越来越高，不仅需要较高强度、较好硬度的硬质合金工具。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种可制备硬度较大、强度较高的制备WC-Co系硬质合金材料的方法。本专利技术采用的技术方案为：制备WC-Co系硬质合金材料的方法，其包括以下步骤：（1）将WC粉置于加热炉中，溶解后加入Co粉，待溶清后捞净浮渣，得到合金液；（2）将合金液滴落至高速旋转的紫铜轮表面甩出，冷却得到合金带；（3）将合金带浸泡在盐酸中，然后洗涤、干燥；（4）裁剪干燥后的合金带，再球磨，得到合金粉；（5）将上述合金粉置于挤压模具中，再通过挤压机挤压成型，得到硬质合金材料；（6）再对上述硬质合金材料进行烧结和热处理。作为优选，在WC粉和Co粉中，Co占5—10%。作为优选，热压烧结时，先以280—320℃的温度烧结20—30s，然后以500—600℃温度烧结40—60s，再以650—700℃温度烧结20—30s。作为优选，热处理依次采用固溶、冷压变形和时效处理。作为优选，固溶处理的温度为650—700℃，时间为10—12min。作为优选，冷压变形处理的冷压变形量为30—35%。作为优选，时效处理的温度为300—350℃，时间为2—3h。作为优选，挤压成型在保护气氛中进行，压力为1000—1200MPa。作为优选，球磨时间为18—22h，球料比为4.5：1。从以上技术方案可知，本专利技术通过旋转的紫铜轮将合金液甩出，可使合金液快速冷却，保证金属在高温阶段停留时间较短，合金元素来不及扩散，从而细化组织，降低偏析；同时，将WC-Co合金粉进行热压烧结和热处理，可获得较高的硬度和强度的硬质合金材料。具体实施方式下面将详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。制备WC-Co系硬质合金材料的方法，其包括以下步骤：以WC、Co粉为原料，并按Co的含量为5—10wt%配料；然后将WC粉置于感应加热炉中，溶解后加入Co粉，待溶清后捞净浮渣，得到合金液；将合金液滴落至高速旋转的紫铜轮表面甩出，冷却得到合金带；将合金带浸泡在10%的盐酸中数分钟，以除去合金带表面的氧化层，并经多次蒸馏水漂洗和无水乙醇清洗后，再在真空干燥箱内烘干；裁剪干燥后的合金带，再球磨，得到合金粉；球磨时间为18—22h，球料比为4.5：1。将上述合金粉置于挤压模具中，再通过挤压机挤压成型，得到硬质合金材料；在挤压过程中，模具中的金属粉末处除受到挤压机冲头的正压力外，还受到模具壁的侧压力和摩擦力的作用；随着冲头的移动，模具中的粉末被逐渐压实，从而通过模具挤出。为了防止金属氧化，挤压成型在保护气氛下进行，压力采用1000—1200MPa，这样可获得致密度较高的的材料，且性能分布均匀，生产率高；接着对上述挤压成型获得的硬质合金材料进行烧结，烧结分三阶段进行，先以280—320℃的温度烧结20—30s，然后以500—600℃温度烧结40—60s，再以650—700℃温度烧结20—30s；第一阶段属于烧结准备阶段，为进一步地烧结净化环境；第二阶段随着温度的升高，合金物质颗粒之间开始形成烧结颈，并相互结合，颗粒表面氧化物发生还原反应，从而继续参与烧结，颗粒间的结合封闭了相互之间的空隙；第三个阶段的烧结温度更高，颗粒间的烧结颈进一步长大，更多的颗粒得到合并，烧结体得到进一步收缩、球化，从而提高制备材料的强度和硬度。对上述粉末冶金材料进行热处理；热处理依次采用固溶、冷压变形和时效处理；固溶处理的温度为650—700℃，时间为10—12min，这样可控制镍、铝在铜基体中的固溶度及晶粒大小；固溶温度过高，会导致晶粒粗大，降低合金强度；固溶温度过低，晶粒虽较小，但会导致后续时效处理难以发挥强化合金的作用。作为优选，冷压变形处理的冷压变形量为30—35%；时效处理前对合金进行冷加工变形，可使合金呈现形变强化和时效强化的双重效果；时效处理的温度为300—350℃，时间为2—3h；时效处理可析出第二相，产生弥散强化。实施例1将95wt %WC粉置于感应加热炉中，溶解后加入5wt %Co粉，WC、Co粉的粒径为3—6μm，Co粉的粒径为0.5—0.8μm，待溶清后捞净浮渣，得到合金液；将合金液滴落至高速旋转的紫铜轮表面甩出，冷却得到合金带；将合金带浸泡在10%的盐酸中数分钟，并经多次蒸馏水漂洗和无水乙醇清洗后，再在真空干燥箱内烘干；然后裁剪干燥后的合金带，再采用4.5：1的球料比球磨18h，得到合金粉；将合金粉置于挤压模具中，再通过挤压机采用1000MPa的压力挤压成型，得到硬质合金材料，接着以280℃的温度烧结30s，然后以500℃温度烧结60s，再以650℃温度烧结30s；随后以650℃固溶处理12min；接着冷压变形处理，冷压变形量为30%；最后以300℃时效处理3h，得到WC-Co硬质合金材料。测得该材料的硬度为54.2HRC，剪切强度为620.1MPa。实施例2将92wt %WC粉置于感应加热炉中，溶解后加入8wt %Co粉，WC、Co粉的粒径为3—6μm，Co粉的粒径为0.5—0.8μm，待溶清后捞净浮渣，得到合金液；将合金液滴落至高速旋转的紫铜轮表面甩出，冷却得到合金带；将合金带浸泡在10%的盐酸中数分钟，并经多次蒸馏水漂洗和无水乙醇清洗后，再在真空干燥箱内烘干；然后裁剪干燥后的合金带，再采用4.5：1的球料比球磨20h，得到合金粉；将合金粉置于挤压模具中，再通过挤压机采用1100MPa的压力挤压成型，得到硬质合金材料，接着以300℃的温度烧结25s，然后以560℃温度烧结50s，再以680℃温度烧结25s；随后以680℃固溶处理11min；接着冷压变形处理，冷压变形量为32%；最后以330℃时效处理2.5h，得到WC-Co硬质合金材料。测得该材料的硬度为67.2HRC，剪切强度为682.5MPa。实施例3将90wt %WC粉置于感应加热炉中，溶解后加入10wt %Co粉，WC、Co粉的粒径为3—6μm，Co粉的粒径为0.5—0.8μm，待溶清后捞净浮渣，得到合金液；将合金液滴落至高速旋转的紫铜轮表面甩出，冷却得到合金带；将合金带浸泡在10%的盐酸中数分钟，并经多次蒸馏水漂洗和无水乙醇清洗后，再在真空干燥箱内烘本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备WC‑Co系硬质合金材料的方法，其包括以下步骤：（1）将WC粉置于加热炉中，溶解后加入Co粉，待溶清后捞净浮渣，得到合金液；（2）将合金液滴落至高速旋转的紫铜轮表面甩出，冷却得到合金带；（3）将合金带浸泡在盐酸中，然后洗涤、干燥；（4）裁剪干燥后的合金带，再球磨，得到合金粉；（5）将上述合金粉置于挤压模具中，再通过挤压机挤压成型，得到硬质合金材料；（6）再对上述硬质合金材料进行烧结和热处理。

【技术特征摘要】
1.制备WC-Co系硬质合金材料的方法，其包括以下步骤：（1）将WC粉置于加热炉中，溶解后加入Co粉，待溶清后捞净浮渣，得到合金液；（2）将合金液滴落至高速旋转的紫铜轮表面甩出，冷却得到合金带；（3）将合金带浸泡在盐酸中，然后洗涤、干燥；（4）裁剪干燥后的合金带，再球磨，得到合金粉；（5）将上述合金粉置于挤压模具中，再通过挤压机挤压成型，得到硬质合金材料；（6）再对上述硬质合金材料进行烧结和热处理。2.根据权利要求1所述制备WC-Co系硬质合金材料的方法，其特征在于：在WC粉和Co粉中，Co占5—10%。3.如权利要求1所述制备WC-Co系硬质合金材料的方法，其特征在于：热压烧结时，先以280—320℃的温度烧结20—30s，然后以500—600℃温度烧结40—60s，再以650—700℃温度烧结2...

【专利技术属性】
技术研发人员：易鉴荣，唐臻，林荔珊，
申请(专利权)人：柳州豪祥特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45