一种含CeO2的超细硬质合金制造技术

为了改善超细WC‑Ni硬质合金的硬度、耐磨性，制备了一种含CeO2的超细硬质合金。采用WC‑9Ni‑0.4Cr3C2硬质合金粉末为原料，CeO2能够提升硬质合金的力学性能。其提升硬质合金力学性能的机理表现为CeO2能够抑制烧结过程中硬质合金晶粒的长大，使其具有更均匀的内部结构、更高的致密化程度及更复杂的物相组成。合金中碳含量的增加能够降低反应过程中的畸变能，提高硬质合金的热导率和热扩散速率。所制得的含CeO2的超细WC‑9Ni‑0.4Cr3C2硬质合金，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。

A Ultrafine Cemented Carbide Containing CeO_2

In order to improve the hardness and wear resistance of superfine WC Ni cemented carbide, a superfine cemented carbide containing CeO 2 was prepared. CeO 2 can improve the mechanical properties of WC_9Ni_0.4Cr3C2 cemented carbide powder. The mechanism of improving the mechanical properties of cemented carbide is that CeO 2 can inhibit the growth of cemented carbide grains during sintering process, making it have more uniform internal structure, higher densification degree and more complex phase composition. Increasing the carbon content in the alloy can reduce the distortion energy and improve the thermal conductivity and diffusion rate of the cemented carbide. The hardness, densification degree and flexural strength of the superfine WC_9Ni_0.4Cr3C2 cemented carbide containing CeO 2 have been greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种含CeO2的超细硬质合金所属
本专利技术涉及一种硬质合金材料，尤其涉及一种含CeO2的超细WC-9Ni-0.4Cr3C2硬质合金。
技术介绍
硬质合金是以难熔金属碳化物(碳化钨、碳化钛、碳化钽、碳化铌和碳化钒等)为基，铁族金属钴或镍等做粘结金属而制成的具有金属性质的粉末冶金材料，其具有优良的综合性能，如高强度、高硬度、良好的耐磨性及耐蚀性等，其广泛应用于机械加工、矿山开发、军工、化工、建筑等行业。二氧化铈英文名为CeriumOxide，是一种铈的氧化物，分子量为172.11，化学式为CeO2，铈在此的化合价为+4价，有强氧化性，为白色或黄白色固体，难溶于水。二氧化铈的摩尔质量为172.115g/mol。熔点2400℃，沸点3500℃。二氧化铈可由三氧化二铈氧化而制得：2Ce2O3+O2→4CeO2。二氧化铈一般不能与常见的酸反应。二氧化铈高温下和一氧化碳发生氧化还原反应：4CeO2+2CO→2Ce2O3+2CO2↑。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善超细WC-Ni硬质合金的硬度、耐磨性，设计了一种含CeO2的超细WC-9Ni-0.4Cr3C2硬质合金。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：含CeO2的超细WC-9Ni-0.4Cr3C2硬质合金的制备原料包括：基体为WC-9Ni-0.4Cr3C2硬质合金。含CeO2的超细WC-9Ni-0.4Cr3C2硬质合金的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入硬质合金球磨罐中进行湿磨，球磨介质为四氯化碳，球磨机转速为90r/min，球料比为8:1，球磨时间为28h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为50min，干燥温度为40℃，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至万能试验机中进行压制成形，压制压力为180MPa。将制好的压坯放入低压烧结炉中进行烧结，烧结温度为1460℃，保温时间为90min。含CeO2的超细WC-9Ni-0.4Cr3C2硬质合金的检测步骤为：热导系数、热扩散速率及比热容采用Hot2500S型热常数分析仪，物相分析采用X射线衍射仪，合金表面形貌采用Hita3000N型扫描电子显微镜。所述的含CeO2的超细WC-9Ni-0.4Cr3C2硬质合金，CeO2能够提升硬质合金的力学性能。其提升硬质合金力学性能的机理表现为CeO2能够抑制烧结过程中硬质合金晶粒的长大，使其具有更均匀的内部结构、更高的致密化程度及更复杂的物相组成。所述的含CeO2的超细WC-9Ni-0.4Cr3C2硬质合金，合金碳元素含量对硬质合金的性能影响较大，碳元素含量增加，能够提高合金的热导率和热扩散速率。所述的含CeO2的超细WC-9Ni-0.4Cr3C2硬质合金，合金中碳含量并不益添加过多，否则会在硬质合金表面形成一层富Ce层，导致硬质合金出现渗碳现象，造成硬质合金力学性能降低。本专利技术的有益效果是：采用WC-9Ni-0.4Cr3C2硬质合金粉末为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、成形、烧结工艺成功制备了具有优异力学性能的含CeO2的超细WC-9Ni-0.4Cr3C2硬质合金。其中，合金中碳含量的增加能够降低反应过程中的畸变能，提高硬质合金的热导率和热扩散速率。所制得的含CeO2的超细WC-9Ni-0.4Cr3C2硬质合金，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本专利技术能够为制备高性能的WC-Ni硬质合金提供一种新的生产工艺。具体实施方式实施案例1：含CeO2的超细WC-9Ni-0.4Cr3C2硬质合金的制备原料包括：基体为WC-9Ni-0.4Cr3C2硬质合金。含CeO2的超细WC-9Ni-0.4Cr3C2硬质合金的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入硬质合金球磨罐中进行湿磨，球磨介质为四氯化碳，球磨机转速为90r/min，球料比为8:1，球磨时间为28h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为50min，干燥温度为40℃，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至万能试验机中进行压制成形，压制压力为180MPa。将制好的压坯放入低压烧结炉中进行烧结，烧结温度为1460℃，保温时间为90min。含CeO2的超细WC-9Ni-0.4Cr3C2硬质合金的检测步骤为：热导系数、热扩散速率及比热容采用Hot2500S型热常数分析仪，物相分析采用X射线衍射仪，合金表面形貌采用Hita3000N型扫描电子显微镜。实施案例2：合金C的热容值最低，但4组合金的热容总体相差不大，且变化没有呈现明显的规律性。但是，由于稀土氧化物添加的含量较低，仅为0.7%，在热容的数值上面并没有体现出明显的变化。但是，随着CeO2添加量的继续增加，合金的热容将出现上升。实施案例3：合金的导热系数与热扩散系数变化规律，在合金A和B中，合金的碳含量相同，在加入稀土氧化物CeO2后，合金的导热率及热扩散系数均出现下降；在合金B、C和D中，合金的CeO2含量相同，随着碳含量的增加，合金体系的导热率和热扩散系数逐渐升高。实施案例4：材料的热导率与材料的热容、声子速度v及声子自由程有直接关系。声子速度可以看做常数，只有在温度较高时，才会因介质的结构松弛和蠕变造成的弹性模量下降而下降。材料的热导率主要受热容和声子自由程的影响。5组合金烧结以后的热容值较为接近，声子自由程就成为材料热导率的关键因素。合金A与B相比，合金B中添加了少量的CeO2，这将使合金的成分更加复杂，而晶体结构愈复杂，晶格振动的非谐性程度愈大，格波受到的散射愈大，造成声子平均自由程降低；少量的CeO2添加可能导致烧结体中孔隙度较高，从而对材料的导热率存在不良影响。合金B、C和D中靠近样品表面处，均出现了Ce的硫化物或氧化物聚集而形成的孔隙缺陷。合金B的导热率较合金A的稍低。实施案例5：随着合金B~D中碳含量的逐渐增加，合金粘结相中W的固溶度降低，就减少了W原子固溶后因尺寸差别而造成的粘结相晶格畸变，降低了畸变能的增加，从而减小了声子的散射，缓和了非简谐振动，提高了声子运动自由能，也就提高了合金的热导率。合金中碳含量的增加也降低了合金体系液相温度，延长了合金的液相烧结时间，降低了合金中的孔隙率。合金B到D的碳量逐渐增加，孔隙的区域面积逐渐降低，对合金导热性能的提高有着正面影响。材料的密度主要与材料的化学成分有关，5组合金因微量元素添加量较低也差异不大。材料的热扩散速率与热导率变化趋势一致，均为先下降后上升的变化状态。实施案例6：合金A的表面相对平坦，而合金B、C和D的样品表面则出现了彼此不同的异常形貌，合金B的表面有明显的雪花状物质，且呈相对均匀的分布；合金C的表面出现皲裂状形貌；合金D出现了树枝状黑色花纹。合金A的表面主要成分为W、C和Ni元素，伴有少量的Cr等其他元素，与配料成分接近；合金B的雪花状物质的主要成分为S和Ce，同时也存在少量的C、Ni等元素，推测其主要成分应为CeS；合金C中皲裂状部分为Ce和O的富集区，同时含有少量的C和Ni；合金D中的树枝状部分的C含量较其他区域高出许多，应为渗碳组织。稀土元素Ce的添加量很少，但仍然在合金B和C中出现了在样品表面富集的现象。当合金的配碳量达到3.3的时候，样品表面没有发现Ce的富集现象。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含CeO2的超细硬质合金的制备原料包括：基体为WC‑9Ni‑0.4Cr3C2硬质合金。

【技术特征摘要】
1.一种含CeO2的超细硬质合金的制备原料包括：基体为WC-9Ni-0.4Cr3C2硬质合金。2.根据权利要求1所述的含CeO2的超细硬质合金，其特征是含CeO2的超细WC-9Ni-0.4Cr3C2硬质合金的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入硬质合金球磨罐中进行湿磨，球磨介质为四氯化碳，球磨机转速为90r/min，球料比为8:1，球磨时间为28h，球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为50min，干燥温度为40℃，随后加入成形剂进行制粒，将制好的粉末加至万能试验机中进行压制成形，压制压力为180MPa，将制好的压坯放入低压烧结炉中进行烧结，烧结温度为1460℃，保温时间为90min。3.根据权利要求1所述的含CeO2的超细硬质合金，其特征是含CeO2的超细WC-9Ni-0.4Cr3C2硬质合金的检测步骤为：热导系数、...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓东，
申请(专利权)人：杨晓东，
类型：发明
国别省市：辽宁,21