新型碳化钨复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于新材料领域，具体涉及一种新型碳化钨复合材料及其制备方法。针对现有碳化钨复合材料难以同时满足高强度、高耐磨性和低粘度的要求的问题，本发明专利技术提供一种新型碳化钨复合材料，包括以下原料：按重量份数计，WC 80‑82份，Al

Novel tungsten carbide composite material and preparation method thereof

The invention belongs to the field of new materials, in particular to a novel tungsten carbide composite material and a preparation method thereof. In view of the existing tungsten carbide composite material to meet the high strength, high wear resistance and low viscosity requirements of the problem, the invention provides a novel tungsten carbide composite material comprises the following raw materials by weight, WC 80 82, Al

【技术实现步骤摘要】
新型碳化钨复合材料及其制备方法
本专利技术属于新材料领域，具体涉及一种新型碳化钨复合材料及其制备方法。
技术介绍
WC-Co硬质合金，是一种常见的、重要的硬质合金种类(YG系列)，广泛地应用于现代刀具材料、耐磨、耐腐蚀和耐高温材料领域，有现代工业的牙齿之称。纯WC材料很难烧结致密，即使烧结致密，烧结温度也往往在2000℃以上，如此高的烧结温度对设备本身也是一种损害，并且烧结后断裂韧性只有4MPa·m1/2。Co作为WC烧结时的一种粘结相，WC有非常好的润湿性，同时能使WC烧结温度降低到1400℃，烧结时Co成为液相，大大增加WC颗粒扩散速率，使烧结致密，烧结后碳化钨复合材料通常断裂韧性为12MPa·m1/2。然而，中国的Co资源极其匮乏，严重依赖进口。随着各国对一些战略性资源的限制出口，国际Co价格上涨的动力十分强劲，Co原料的供应也存在很多不稳定因素。同时Co作为一种粘结剂，降低了WC材料的硬度，耐腐蚀性和耐高温性，限制了WC材料在某些极端服役环境下的应用。因此，寻找一种常见的来源广泛的，并且在WC中不形成粘结相的材料来替代Co，摆脱对国外的依赖，同时提高WC类硬质合金的硬度和高温性能就显得非常重要。目前在对无粘结相WC材料的研究中，添加陶瓷相是一种思路，陶瓷材料由于具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等优良性能而受到重视，但是由于脆性问题(韧性、塑性低，强度不高，性能稳定性和可控性差)使其应用相当受限。本专利技术拟提供一种新型碳化钨复合材料及其制备方法，选择新的材料代替Co，制备得到高强度、高耐磨性、低粘结度的碳化钨复合材料。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为：现有碳化钨复合材料难以同时满足高强度、高耐磨性和低粘度的要求的问题。本专利技术解决技术问题的技术方案为：提供一种新型碳化钨复合材料及其制备方法。本专利技术的新型碳化钨复合材料，其组成包括：按重量份数计，WC80-82份，Al2O34-6份，ZrO25-8份，钴2-4份、二氧化锗3-6份，钨粉3-5份。其中，上述新型碳化钨复合材料中，其组成还包括，占其余原料总量1-3％的钼粉。其中，上述新型碳化钨复合材料中，所述的WC的粒径为100-150um。其中，上述新型碳化钨复合材料中，所述的钴的粒径为50-100um。其中，上述新型碳化钨复合材料中，所述的钨粉的纯度为99.9％。本专利技术还提供一种上述新型碳化钨复合材料的制备方法，包括以下步骤：a、将WC粉末和钨粉按比例混合，并加热至500～600℃，保温15～20min，使得碳化钨表面脱碳形成钨和氧化钨的混合物，再通入氩气还原，并加热至650～750℃，保温10-20min，制得钨和碳化钨的复合粉末；b、将Al2O3，ZrO2，钴和二氧化锗按比例称好后，加入步骤a中所述的复合粉末中，再加入100-150份的乙醇或水，混合球磨15-30min，形成混合浆料；c、将混合浆料干燥至水分或乙醇的量≤1％，置于烧结炉中烧结，烧结温度为1400-1500℃，压力为40-50MPa，保温时间为10-15min。其中，上述新型碳化钨复合材料的制备方法中，步骤c中所述的烧结温度要在3-5min内由室温升至1400-1500℃。本专利技术的有益效果为：本专利技术制备的WC复合材料是一种由Al2O3和ZrO2陶瓷增韧的WC复合材料，具有很高的硬度、耐磨性和抗氧化性能，以及较好的韧性，适合作为刀具、钻头或模具材料；由于Al2O3和ZrO2之间、WC和ZrO2之间可形成固溶体，促进复合材料的致密化，使得该三元复合材料在1400℃烧结时近乎全致密，实现了在较低温度下制取致密的无粘结相WC复合材料，节能高效；本专利技术还先将WC表面镀上钨粉镀层，能防止粘结相的产生，有效的提高了WC复合材料的耐磨性和韧性。本专利技术方法操作简单，原料易得，成本低廉，适宜推广使用。具体实施方式本专利技术提供了一种新型碳化钨复合材料，其组成包括：按重量份数计，WC80-82份，Al2O34-6份，ZrO25-8份，钴2-4份、二氧化锗3-6份，钨粉3-5份。其中，上述新型碳化钨复合材料中，其组成还包括，占其余原料总量1-3％的钼粉。其中，上述新型碳化钨复合材料中，所述的WC的粒径为100-150um。其中，上述新型碳化钨复合材料中，所述的钴的粒径为50-100um。其中，上述新型碳化钨复合材料中，所述的钨粉的纯度为99.9％。本专利技术还提供一种上述新型碳化钨复合材料的制备方法，包括以下步骤：a、将WC粉末和钨粉按比例混合，并加热至500～600℃，保温15～20min，使得碳化钨表面脱碳形成钨和氧化钨的混合物，再通入氩气还原，并加热至650～750℃，保温10-20min，制得钨和碳化钨的复合粉末；b、将Al2O3，ZrO2，钴和二氧化锗按比例称好后，加入步骤a中所述的复合粉末中，再加入100-150份的乙醇或水，混合球磨15-30min，形成混合浆料；c、将混合浆料干燥至水分或乙醇的量≤1％，置于烧结炉中烧结，烧结温度为1400-1500℃，压力为40-50MPa，保温时间为10-15min。其中，上述新型碳化钨复合材料的制备方法中，步骤c中所述的烧结温度要在3-5min内由室温升至1400-1500℃。本专利技术的新型碳化钨复合材料中，以碳化钨为主要原料，配合使用陶瓷材料Al2O3，ZrO2，三者形成稳定的三相结构，结构致密，增强了复合材料的耐磨性，并且不影响碳化钨材料本身的硬度；同时，还添加了钴、二氧化锗、钨粉等金属材料，还可以添加一定量的钼粉，增强复合材料的耐高温性能和抗氧化性能，制备的复合材料耐高温性好、耐磨性强，还避免了粘结相的形成，结构更稳定。在制备工艺上，本专利技术先将钨粉镀于碳化钨颗粒的表面，防止了粘结相的产生，有效的稳定了碳化钨的硬度和耐磨性。下面通过实施例对本专利技术的具体实施方式做进一步的解释说明，但不表示将本专利技术的保护范围限制在实施例所述范围内。实施例1用本专利技术方法制备碳化钨复合材料所述原料组成为：WC80份，Al2O34份，ZrO25份，钴2份、二氧化锗3份，钨粉3份。制备步骤如下：a、将WC粉末和钨粉按比例混合，并加热至500℃，保温15min，使得碳化钨表面脱碳形成钨和氧化钨的混合物，再通入氩气还原，并加热至650℃，保温10min，制得钨和碳化钨的复合粉末；b、将Al2O3，ZrO2，钴和二氧化锗按比例称好后，加入步骤a中所述的复合粉末中，再加入100份的水，混合球磨15min，形成混合浆料；c、将混合浆料干燥至水分或乙醇的量≤1％，置于烧结炉中烧结，烧结温度为1400℃，压力为40MPa，保温时间为10min。实施例2用本专利技术方法制备碳化钨复合材料所述原料组成为：WC82份，Al2O36份，ZrO28份，钴4份、二氧化锗3份，钨粉3份。制备步骤如下：a、将WC粉末和钨粉按比例混合，并加热至600℃，保温20min，使得碳化钨表面脱碳形成钨和氧化钨的混合物，再通入氩气还原，并加热至750℃，保温20min，制得钨和碳化钨的复合粉末；b、将Al2O3，ZrO2，钴和二氧化锗按比例称好后，加入步骤a中所述的复合粉末中，再加入150份的乙醇，混合球磨30min，形成混合浆料；c、将混合浆料干燥至水分或乙醇的量≤1％，置于烧结炉中烧结，烧结温度为1500℃，压力为50M本文档来自技高网...

【技术保护点】
新型碳化钨复合材料，其特征在于，组成包括：按重量份数计，WC 80‑82份，Al

【技术特征摘要】
1.新型碳化钨复合材料，其特征在于，组成包括：按重量份数计，WC80-82份，Al2O34-6份，ZrO25-8份，钴2-4份、二氧化锗3-6份，钨粉3-5份。2.根据权利要求1所述的新型碳化钨复合材料，其特征在于：组成还包括，占其余原料总量1-3％的钼粉。3.根据权利要求1所述的新型碳化钨复合材料，其特征在于：所述的WC的粒径为100-150um。4.根据权利要求1所述的新型碳化钨复合材料，其特征在于：所述的钴的粒径为50-100um。5.根据权利要求1所述的新型碳化钨复合材料，其特征在于：所述的钨粉的纯度为99.9％。6.权利要求1-5任一项所述的新型碳化钨复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、将WC粉末和钨...

【专利技术属性】
技术研发人员：王长文，吴德忠，高波，钟凤芝，
申请(专利权)人：哈尔滨职业技术学院，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23