一种以纳米WC-Co复合粉末制备低钴、超细晶硬质合金棒材的方法技术

本发明专利技术公开了一种以纳米WC‑Co复合粉末制备低钴、超细晶硬质合金棒材的方法，其是以纳米WC‑Co复合粉末为原料，经掺成型剂捏合、挤压成型、毛坯干燥和压力烧结各工序过程，获得超细晶硬质合金棒材。本发明专利技术的方法不需酒精湿磨、喷雾造粒等工序，避免了湿磨物料不均匀、物料脏化、球磨产生晶格畸变的问题，所得超细晶硬质合金硬度高、耐磨性好、密度高、WC晶粒小、粒度均匀。

Preparation of low cobalt and ultrafine grained cemented carbide bar with nano WC-Co composite powder

The invention discloses a method for preparing low cobalt and ultra-fine crystalline hard alloy rod with nano WC Co composite powder. The method is made of nano WC Co composite powder as raw material, and the superfine crystal hard alloy bar is obtained by the process of mixing, extrusion, blank drying and pressure sintering. The method of the invention does not need alcohol wet grinding, spray granulation and so on. It avoids the problems of uneven wet grinding material, material dirty and lattice distortion produced by ball milling. The ultra-fine crystal hard alloy has high hardness, good wear resistance, high density, small WC grain and uniform grain size.

【技术实现步骤摘要】
一种以纳米WC-Co复合粉末制备低钴、超细晶硬质合金棒材的方法
本专利技术涉及一种低钴、超细晶硬质合金棒材的制备方法。采用该方法制备的超细晶硬质合金棒材可加工成钻头或铣刀，应用于热处理≥HRC60不锈钢材料、铝镁合金、印刷电路板(PCB)及高耐磨性材料加工等。
技术介绍
为了满足3C产品(计算机、通信和消费类电子产品)高度集成化、轻薄化、微型化、抗摔撞、电磁屏蔽和散热等要求，3C产品的外壳材料由ABB、PC向铝镁合金、钛合金材料发展及应用。并伴随着5G网络时代、无线电充等技术发展，为了解决金属后盖不利于天线信号(5G)及无线充电的问题，目前发布的iPhoneX、华为Mate10、小米6手机外壳皆采用不锈钢中框+双面玻璃背板设计。同时，3C产品的主板(PCB)的层数越来越多，PCB微小孔的直径越来越小，相对应微孔的厚径比越来越大，布线密度越来越密，对PCB孔质量提出了更高和更严的要求。可以看出，随着3C电子产品外壳不断向高端铝合金、钛合金、镁合金、高性能铜合金、不锈钢、玻璃、陶瓷材料发展和应用，并伴随着先进制造系统、高速切削、超精密加工、绿色制造的发展，促使刀具材料朝着超细/纳米晶硬质合金方向发展。研究发现，在Co含量不变的前提下，当WC晶粒度下降到1μm以下时，硬质合金的硬度、强度同时提高，且随着WC晶粒度进一步减小，性能更加优良，为解决硬质合金硬度与强度之间的矛盾找到了一条新途径。由此可见，硬质合金性能的显著提高可通过在保持化学成分和显微结构均匀性的同时减小显微结构尺度来实现。纳米材料是指晶粒度小于100nm的多晶体或单晶体材料。由于其特殊性，在硬质合金领域中，通常把WC晶粒度小于200nm的硬质合金称为纳米晶硬质合金，把WC晶粒度在200～500nm的硬质合金称为超细晶硬质合金。要制取纳米/超细晶结构硬质合金，最主要的是制备纳米粒径原材料。目前，制备超细晶硬质合金所用原材料的主要方法为以紫钨为原料制备纳米WC粉末、以AMT为原材料采用溶液法制备纳米WC-Co复合粉末。传统超细晶硬质合金制备工序是以纳米WC粉为原料，添加Co粉和抑制剂，通过湿磨、干燥制粒、掺成型剂、挤压成型、胚料干燥、压力烧结等工序制备而成。而添加Co粉和抑制剂，通过湿磨、干燥制粒工序过程，粉末湿磨将产生晶格畸变、引起物料脏化、混料不均匀，使合金容易形成不均匀长大、钴池、加粗等缺陷。
技术实现思路
为避免上述以纳米WC粉为原料制备超细晶硬质合金所存在的不足之处，本专利技术提供了一种以纳米WC-Co复合粉末制备低钴、超细晶硬质合金棒材的方法，旨在获得钴相分布均匀、钴层薄、合金缺陷少、致密度高、晶粒度小、硬度高、耐磨性好的超细晶硬质合金棒材。本专利技术为实现专利技术目的，采用如下技术方案：本专利技术公开了一种以纳米WC-Co复合粉末制备低钴、超细晶硬质合金棒材的方法，其特点在于：是以纳米WC-Co复合粉末为原料，经掺成型剂捏合、挤压成型、毛坯干燥和压力烧结各工序过程，获得超细晶硬质合金棒材。具体包括如下步骤：1)掺成型剂捏合选用Co包覆WC晶粒度≤200nm、Co质量含量在3～6％的纳米WC-Co复合粉末；将0.9～1.5kg四氢萘、0.2～0.5kg纤维素、0.02～0.04kg大豆铵、0.2～0.45kg石蜡加入到加热至100℃的搅拌器中，加热搅拌至清澈、无气泡的溶胶态，获得成型剂；将纳米WC-Co复合粉末30kg加入到捏合机中，再加入所述成型剂；启动捏合机，抽真空5min，然后加热，设置3h升温至60℃，升温过程中保持搅拌；再在60℃恒温搅拌捏合1小时；最后水冷降温45min，降温过程中搅拌破碎，获得混合物料颗粒；2)挤压成型将步骤1)所得混合物料颗粒加入到卧式挤压机中，抽真空至100Pa以下，然后分段加压至24～26Mpa，再保压300～800S，挤出获得直径Φ≦32mm的毛坯棒材；3)毛坯干燥将步骤2)所得毛坯棒材在温度25～30℃、湿度25～30％的环境中，自然风干48～96h；然后将风干后毛坯棒材放入设有温度梯度的热风循环干燥柜中加热干燥，干燥温度≤100℃；4)压力烧结将步骤3)干燥后毛坯棒材置于压力烧结炉中进行分段加压烧结，即获得超细晶硬质合金棒材。优选的，步骤2)中，所述分段加压的工艺过程为：第一阶段：加压至0～6MPa，保压20～40S；第二阶段：加压至7～12MPa，保压30～100S；第三阶段：加压至13～20MPa，保压80～160S；第四阶段：加压至21～23MPa，保压100～400S；第五阶段：加压至24～26MPa，保压300～800S。优选的，步骤3)中，毛坯棒材在设有温度梯度的热风循环干燥柜中加热干燥的工艺过程为：当所述毛坯棒材的直径Φ≦12mm时：首先在室温～40℃干燥2～6h、然后在40～70℃干燥3～6h、最后在70～100℃干燥12～24h；当所述毛坯棒材的直径12mm＜Φ≦20mm时：首先在室温～40℃干燥4～12h、然后在40～70℃干燥4～12h、最后在70～100℃干燥18～36h；当所述毛坯棒材的直径20mm＜Φ≦25mm时：首先在室温～40℃干燥8～16h、然后在40～70℃干燥8～16h、最后在70～100℃干燥24～48h；当所述毛坯棒材的直径25mm＜Φ≦32mm时：首先在室温～40℃干燥12～18h、然后在40～70℃干燥12～18h、最后在70～100℃干燥36～64h；优选的，步骤4)中，所述分段加压烧结分为脱蜡烧结、真空烧结、分压烧结和压力烧结共四个阶段，各阶段工艺过程如下：脱蜡烧结：从室温升至250℃，升温时间40～150min，保温0～60min；从250℃升至350℃，升温时间20～120min，保温0～60min；从350℃升至450℃，升温时间20～120min，保温0～60min；从450℃升至550℃，升温时间20～60min，保温0～60min；从550℃升至650℃，升温时间20～60min，保温0～60min；在脱蜡烧结过程中压力维持在5～13mbar；真空烧结：从650℃升至800℃，升温时间20～120min，保温0～60min；从800℃升至1150℃，升温时间30～200min，保温0～60min；在真空烧结过程中压力维持在0.01～0.1mbar；分压烧结：从1150℃升至1230℃，升温时间20～200min，保温0～60min；从1230℃升至1280℃，升温时间30～100min，保温0～60min；从1280℃升至1290～1410℃，升温时间20～100min，保温0～60min；在分压烧结过程中压力维持在0～0.02MPa；压力烧结：温度维持在1290～1410℃，升压至0.02～5MPa，升压时间20～60min，保温保压烧结10～100min。与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：1、本专利技术的方法，减少了超细晶硬质合金制备过程中的酒精湿磨、喷雾造粒等工序，避免了湿磨物料不均匀、物料脏化、球磨产生晶格畸变的问题，降低了烧结粉末活性，抑制了烧结晶粒长大趋势。2、本专利技术采用原料纳米WC-Co复合粉末以溶液法制备超细晶硬质合金棒材，各组元W、C、Co分布均匀，不易产生成分偏析。3、本专利技术无球磨工序，降低了原始粉末团聚现象，粉末粒度均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以纳米WC‑Co复合粉末制备低钴、超细晶硬质合金棒材的方法，其特征在于：是以纳米WC‑Co复合粉末为原料，经掺成型剂捏合、挤压成型、毛坯干燥和压力烧结各工序过程，获得超细晶硬质合金棒材。

【技术特征摘要】
1.一种以纳米WC-Co复合粉末制备低钴、超细晶硬质合金棒材的方法，其特征在于：是以纳米WC-Co复合粉末为原料，经掺成型剂捏合、挤压成型、毛坯干燥和压力烧结各工序过程，获得超细晶硬质合金棒材。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在，包括如下步骤：1)掺成型剂捏合选用Co包覆WC晶粒度≤200nm、Co质量含量在3～6％的纳米WC-Co复合粉末；将0.9～1.5kg四氢萘、0.2～0.5kg纤维素、0.02～0.04kg大豆铵、0.2～0.45kg石蜡加入到加热至100℃的搅拌器中，加热搅拌至清澈、无气泡的溶胶态，获得成型剂；将纳米WC-Co复合粉末30kg加入到捏合机中，再加入所述成型剂；启动捏合机，抽真空5min，然后加热，设置3h升温至60℃，升温过程中保持搅拌；再在60℃恒温搅拌捏合1小时；最后水冷降温45min，降温过程中搅拌破碎，获得混合物料颗粒；2)挤压成型将步骤1)所得混合物料颗粒加入到卧式挤压机中，抽真空至100Pa以下，然后分段加压至24～26Mpa，再保压300～800S，挤出获得直径Φ≦32mm的毛坯棒材；3)毛坯干燥将步骤2)所得毛坯棒材在温度25～30℃、湿度25～30％的环境中，自然风干48～96h；然后将风干后毛坯棒材放入设有温度梯度的热风循环干燥柜中加热干燥，干燥温度≤100℃；4)压力烧结将步骤3)干燥后毛坯棒材置于压力烧结炉中进行分段加压烧结，即获得超细晶硬质合金棒材。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤2)中，所述分段加压的工艺过程为：第一阶段：加压至0～6MPa，保压20～40S；第二阶段：加压至7～12MPa，保压30～100S；第三阶段：加压至13～20MPa，保压80～160S；第四阶段：加压至21～23MPa，保压100～400S；第五阶段：加压至24～26MPa，保压300～800S。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤3)中，毛坯棒材在设有温度梯度的热风循环干燥柜中加热干燥的工艺过程为：当所述毛坯棒材的直径Φ≦12mm时：首先在室...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱二涛，张久兴，杨新宇，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34