一种含Al的WC-Co硬质合金制造技术

为了改善WC‑Co硬质合金的硬度、耐磨性，研制了一种含Al的WC‑Co硬质合金。采用仲钨酸铵和Al(NO3)3·9H2O为原料，Al元素的添加使得硬质合金具有更高的致密度、硬度及断裂韧性，而且在硬质合金的内部，晶粒的分布非常均匀。在生产硬质合金的工艺过程中添加适量的Al元素能够提高硬质合金的力学性能，但不能过量，过量的Al元素反而使得硬质合金的力学性能降低。所制得的含Al的WC‑Co硬质合金，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本发明专利技术能够为制备高性能的WC‑Co硬质合金提供一种新的生产工艺。

A WC-Co Cemented Carbide Containing Al

In order to improve the hardness and wear resistance of WC Co cemented carbide, a kind of WC Co cemented carbide containing Al was developed. Using ammonium paratungstate and Al(NO3)3.9H_2O as raw materials, the addition of Al element makes the cemented carbide have higher density, hardness and fracture toughness, and the distribution of grains in the cemented carbide is very uniform. The mechanical properties of cemented carbide can be improved by adding appropriate amount of Al element in the process of producing cemented carbide, but the mechanical properties of cemented carbide can not be excessive. On the contrary, the excessive amount of Al element makes the mechanical properties of cemented carbide decrease. The hardness, densification degree and flexural strength of the WC_Co cemented carbide containing Al have been greatly improved. The invention can provide a new production process for preparing high performance WC_Co cemented carbide.

【技术实现步骤摘要】
一种含Al的WC-Co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Al的WC-Co硬质合金。
技术介绍
WC-Co硬质合金是由一种或多种高硬度、高模量的间隙化合物与过渡族金属或其合金组成的复合材料，因其具有高硬度、高耐磨性、优良的韧性及其诸多优异的力学性能而被广泛应用与各行各业，且被誉为“工业的牙齿”。硬度、耐磨性及强度既是作为衡量WC-Co硬质合金好坏的重要技术指标，也是WC-Co硬质合金优于其他材料的根本。因此，提升WC-Co硬质合金的硬度、强度和耐磨性成为了WC-Co硬质合金研究领域的重中之重。氧化铝（Aluminiumoxide/Aluminumoxide，化学式Al2O3）是一种高硬度的化合物，熔点为2054℃，沸点为2980℃，在高温下可电离的离子晶体，常用于制造耐火材料。工业Al2O3是由铝矾土（Al2O3·3H2O）和硬水铝石制备的，对于纯度要求高的Al2O3，一般用化学方法制备。Al2O3有许多同质异晶体，目前已知的有10多种，主要有3种晶型，即γ-Al2O3、β-Al2O3、α-Al2O3（刚玉）。其中结构不同性质也不同，在1300℃以上的高温时几乎完全转化为α-Al2O3。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善WC-Co硬质合金的硬度、耐磨性，设计了一种含Al的WC-Co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Al的WC-Co硬质合金的制备原料包括：纯度＞99.9%、平均为粒径37.5μm的仲钨酸铵和纯度＞99.0%的Al(NO3)3·9H2O。含Al的WC-Co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，配好后溶解于去离子水中，然后进行烘干，得到复合粉末。将制得的复合粉末倒入硬质合金球磨罐中进行湿磨，球料比为8：1，球磨时间为32h。球磨结束后，将粒料进行真空干燥，干燥时间为50min，干燥温度为40℃。将制好的粉末压制成形，然后置于管式电阻炉中行烧结，烧结温度为1460℃，保温时间为90min。含Al的WC-Co硬质合金的检测步骤为：物相组成采用D8X线衍射仪，显微结构及形貌采用SEM450扫描电镜和JEM-200高分辨透射电镜，显微硬度采用HXS1000数字式智能显微硬度计。所述的含Al的WC-Co硬质合金，采用仲钨酸铵和Al(NO3)3·9H2O能够制备出符合要求的复合粉末。制得的硬质合金样品中，Al元素在各个工艺阶段的存在状态是不同的。硬质合金中存在的Al元素能够抑制W颗粒的长大，且能阻止WC颗粒的迁移及长大。所述的含Al的WC-Co硬质合金，Al元素的添加使得硬质合金具有更高的致密度、硬度及断裂韧性，而且在硬质合金的内部，晶粒的分布非常均匀。在生产硬质合金的工艺过程中添加适量的Al元素能够提高硬质合金的力学性能，但不能过量，过量的Al元素反而使得硬质合金的力学性能降低。本专利技术的有益效果是：采用仲钨酸铵和Al(NO3)3·9H2O为原料，经过配料、溶解、干燥、球磨、成形、烧结工艺成功制备了具有优异力学性能的含Al的WC-Co硬质合金。其中，Al元素能够降低硬质合金晶粒的平均尺寸，抑制WC晶粒的长大，这对硬质合金性能的提升是非常重要的。所制得的含Al的WC-Co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-Co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Al的WC-Co硬质合金的制备原料包括：纯度＞99.9%、平均为粒径37.5μm的仲钨酸铵和纯度＞99.0%的Al(NO3)3·9H2O。含Al的WC-Co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，配好后溶解于去离子水中，然后进行烘干，得到复合粉末。将制得的复合粉末倒入硬质合金球磨罐中进行湿磨，球料比为8：1，球磨时间为32h。球磨结束后，将粒料进行真空干燥，干燥时间为50min，干燥温度为40℃。将制好的粉末压制成形，然后置于管式电阻炉中行烧结，烧结温度为1460℃，保温时间为90min。含Al的WC-Co硬质合金的检测步骤为：物相组成采用D8X线衍射仪，显微结构及形貌采用SEM450扫描电镜和JEM-200高分辨透射电镜，显微硬度采用HXS1000数字式智能显微硬度计。实施案例2：含Al的APT煅烧后得到的粉末为WO3和Al2(WO4)3的复合粉末。在水溶混合Al(NO3)3和APT的过程中，Al(NO3)3中的Al3+吸附在APT颗粒表面，并与WO42-结合形成Al2(WO4)3，Al2(WO4)3在煅烧过程中不发生分解，最终保留在氧化钨粉内。W-Al粉末中除了存在W和AlWO4的衍射峰外，还检测到少量的Al2(WO4)3，这表明大部分Al2(WO4)3被氢气还原成AlWO4，只有少量的Al2(WO4)3残留在钨粉中。WC-Al样品中除了WC的衍射峰之外，还检测出Al4C3的衍射峰，这表明Al2(WO4)3和AlWO4被碳化成Al4C3。在制备WC粉过程中，APT-Al复合粉末煅烧后，Al元素以Al2(WO4)3形式存在于氧化钨粉中；在WO3-Al还原过程中，大部分Al2(WO4)3被氢气还原成AlWO4，Al元素以AlWO4和少量Al2(WO4)3的形式存在于还原钨粉中；在W-Al碳化过程中，Al2(WO4)3和AlWO4被碳化，最终以Al4C3的形式存在于碳化钨粉中。实施案例3：不含Al的钨粉，晶粒发育完整，呈形状规则的多面体形貌，颗粒表面具有不规则的、反复交织出现的晶体生长台阶形貌，这是气相迁移反应留下的典型晶体生长特征；大颗粒之间夹杂着少许小颗粒，其中大颗粒的粒径为7~8μm，细小颗粒粒径仅为120~350nm。含Al的钨粉颗粒明显细化，大颗粒的粒径为0.15~0.4μm，颗粒的外形较圆，近似于准球形，没有突出的棱角。较大颗粒只含W和O元素，而细小颗粒中检测到W，O和Al元素，且Al元素含量高达15.3%。Al元素在钨粉的制备过程中对钨粉具有明显的细化作用。实施案例4：W-Al粉末中存在2种组织，一种为粗大球状组织，该组织为钨颗粒；另一种组织呈竹叶片状，可能为富铝的第二相。这种竹叶片状的AlWO4附着在钨颗粒表面，可抑制钨晶粒通过晶界迁移而长大，从而使得钨颗粒细化。Al元素对钨粉的细化作用归因于：APT-Al前驱体复合粉末煅烧后，生成的Al2(WO4)3钉扎于氧化钨颗粒的表面，并在随后的氢还原过程中，阻碍氧化钨与水蒸气形成WO2(OH)2气相，从而抑制钨颗粒通过挥发–沉积作用而长大；此外，部分Al2(WO4)3被氢气还原为AlWO4，AlWO4呈竹叶片状，包覆在钨颗粒表面，阻碍细小的钨颗粒通过晶界迁移而长大。实施案例5：不含Al的WC粉末颗粒呈球状，许多细小WC颗粒团聚在一起形成更大的二次颗粒。每个W颗粒碳化后破裂成多个细小的WC颗粒，这些细小颗粒通过团聚而降低其表面能。含Al的WC颗粒粒径更小，且颗粒之间的团聚有所减弱，二次颗粒的粒径及数量都减少。在团聚体二次颗粒中只检测到W，C和O元素，未检测到Al元素；而在那些分布均匀的细小一次颗粒中除了检测到W，C和O元素之外，还检测到Al元素，并且Al元素的质量分数为4.5%。这表明Al元素分布在细小碳化钨颗粒中。钨粉碳化过程中，1个碳化钨颗粒破裂成多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含Al的WC‑Co硬质合金的制备原料包括：纯度＞99.9%、平均为粒径37.5μm的仲钨酸铵和纯度＞99.0%的Al(NO3)3·9H2O。

【技术特征摘要】
1.一种含Al的WC-Co硬质合金的制备原料包括：纯度＞99.9%、平均为粒径37.5μm的仲钨酸铵和纯度＞99.0%的Al(NO3)3·9H2O。2.根据权利要求1所述的含Al的WC-Co硬质合金，其特征是含Al的WC-Co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，配好后溶解于去离子水中，然后进行烘干，得到复合粉末,将制得的复合粉末倒入硬质合金球磨罐中进行湿磨，球料比为8：1，球磨时间为32h,球磨结束后，将粒料进行真空干燥，干燥时间为50min，干燥温度为40℃,将制好的粉末压制成形，然后置于管式电阻炉中行烧结，烧结温度为1460℃，保温时间为90min。3.根据权利要求1所述的含Al的WC-Co硬质合金，其特征是含Al的WC-Co硬质合金的检测步骤为：物相组成采用D8...

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