一种高压融渗法制备的低钴粗晶硬质合金制造技术

为了改善低钴粗晶硬质合金的硬度、耐磨性，制备了一种高压融渗法制备的低钴粗晶硬质合金。采用WC粉末、YG16硬质合金为原料，高压融渗法制备的低钴粗晶硬质合金，高压融渗法的烧结工艺对合金的性能有重要的影响，当烧结压力为7GPa、烧结温度和时间分别为1250℃和30min时可以得到较好的烧结效果。所制得的高压融渗法制备的低钴粗晶硬质合金，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低钴粗晶硬质合金提供一种新的生产工艺。

A Coarse Crystalline Cemented Carbide with Low Cobalt Content Prepared by High Pressure Melting Infiltration

In order to improve the hardness and wear resistance of low-cobalt coarse-grained cemented carbide, a low-cobalt coarse-grained cemented carbide prepared by high pressure melting infiltration method was prepared. Using WC powder and YG16 cemented carbide as raw materials, low cobalt coarse-grained cemented carbide was prepared by high pressure melting infiltration method. The sintering process of high pressure melting infiltration method has an important influence on the properties of the alloy. When the sintering pressure is 7 GPa, the sintering temperature and time are 1250 C and 30 min, the better sintering effect can be obtained. The hardness, densification degree and flexural strength of low cobalt coarse-grained cemented carbide prepared by high pressure melting infiltration have been greatly improved. The invention can provide a new production process for preparing high-performance low-cobalt coarse-grained cemented carbide.

【技术实现步骤摘要】
一种高压融渗法制备的低钴粗晶硬质合金所属
本专利技术涉及一种硬质合金材料，尤其涉及一种高压融渗法制备的低钴粗晶硬质合金。
技术介绍
传统意义上的硬质合金是指将具有优异物理性能的硬质相WC颗粒嵌入低熔点的粘结相Co中，通过粉末冶金方法制备所得到的合金材料。硬质合金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，其广泛应用于金属切削加工、矿山采掘、石油钻井、军工等行业。WC-Co硬质合金被誉为“工业的牙齿”，如何有针对性地依用途研究或开发高性能材料是该领域的研究热点。近些年来，人们不断地致力于改善硬质合金的综合性能，除超细/纳米晶外，还有高温中粗晶粒硬质合金、板状晶硬质合金等。按照国际标准《硬质合金显微组织金相测定：第2部分碳化钨晶粒尺寸的测量》规定，超粗晶硬质合金是指WC截线晶粒度大于6.0μm的硬质合金。这种工具材料因具有良好的韧性、抗热冲击性和耐磨性，非常适合冷热、软硬交替极端工况下的连续作业。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善低钴粗晶硬质合金的硬度、耐磨性，设计了一种高压融渗法制备的低钴粗晶硬质合金。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：高压融渗法制备的低钴粗晶硬质合金的制备原料包括：质量分数大于99.9%、平均粒度8μm的WC粉末，YG16硬质合金。高压融渗法制备的低钴粗晶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，配好后进行氢气还原脱氧，随后进行湿磨，球磨介质为四氯化碳，球磨时间为24h。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。将制好的粉末平铺在YG16基底下边进行预压。随后进行高温高压实验。高压融渗法制备的低钴粗晶硬质合金的检测步骤为：密度采用阿基米德排水法测定，物相分析采用X射线衍射仪，显微组织采用扫描电镜观察，显微组织采用透射电镜测定，元素分布采用X射线能谱测定，晶粒尺寸采用划线法测定，硬度和断裂韧性用压痕法测定和计算。所述的高压融渗法制备的低钴粗晶硬质合金，YG16硬质合金为反应提供钴源，利用高压融渗法成功合成表面钴含量为5.7%、硬度值高达17.4GPa的低钴粗晶硬质合金。所述的高压融渗法制备的低钴粗晶硬质合金，高压融渗法的烧结工艺对合金的性能有重要的影响，当烧结压力为7GPa、烧结温度和时间分别为1250℃和30min时可以得到较好的烧结效果。本专利技术的有益效果是：采用WC粉末、YG16硬质合金为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、预压、高压渗透工艺成功制备了具有优异力学性能的高压融渗法制备的低钴粗晶硬质合金。其中，YG16硬质合金为反应提供钴源，合适的烧结参数能够制备综合性能良好的硬质合金。所制得的高压融渗法制备的低钴粗晶硬质合金，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低钴粗晶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：高压融渗法制备低钴粗晶硬质合金的制备原料包括：质量分数大于99.9%、平均粒度8μm的WC粉末，YG16硬质合金。高压融渗法制备的低钴粗晶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，配好后进行氢气还原脱氧，随后进行湿磨，球磨介质为四氯化碳，球磨时间为24h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为45min，干燥温度为38℃，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末平铺在YG16基底下边进行预压。随后进行高温高压实验。高压融渗法制备的低钴粗晶硬质合金的检测步骤为：密度采用阿基米德排水法测定，物相分析采用X射线衍射仪，显微组织采用扫描电镜观察，显微组织采用透射电镜测定，元素分布采用X射线能谱测定，晶粒尺寸采用划线法测定，硬度和断裂韧性用压痕法测定和计算。实施案例2：碳化钨粉末粒度分布均匀，碳化钨颗粒表面光滑，发育饱满且呈现球形或椭球形。YG16基底中碳化钨平均晶粒度为3μm，由于含钴量较高，有大面积钴池出现，碳化钨晶粒形状以边界平直的不规则多面体、长方形、三角形为主。实施案例3：烧结样品中只有碳化钨和钴的峰，没有检测出其他杂质的峰。当腔体内部压力为4.8GPa、烧结时间为35min时，在烧结温度为1450、1600℃下合成的样品表面可以检测到钴相的峰；当烧结温度变为1300℃时，同样的烧结时间，没有检测到钴相的峰。当腔体内部压力为4.3GPa时，烧结温度和时间分别为1350℃、45min时，可以检测到钴相微弱的峰，当烧结温度为1600℃时，钴相的峰相对较强。由此可以看出，低压5GPa和高温1400、1500℃将有利于液相钴在碳化钨骨架中的融渗。实施案例4：当烧结温度为1500℃、1600℃时，烧结样品的硬度值下降很快，烧结温度为1400℃时，烧结样品的硬度值可达到16GPa左右，在碳化钨层表面检测不到钴相的峰。随着保温时间的延长，其硬度值先增加后下降，在保温时间为40min时，硬度值达到最大17.4GPa。在保温时间为40min时可以检测到钴相，钴含量有一定的梯度，融渗到碳化钨层表面的钴的含量为5.7%。用融渗法合成的低钴粗晶合金硬度值优于用传统方法烧结的相同钴含量的粗晶合金，可以与亚微晶硬质合金相媲美。实施案例5：在保温时间为14min时，有一薄层硬质合金合成，且该层为富钴层。当保温时间延长至45min时，烧结的硬质合金层厚度增加。液相钴按照箭头方向从YG16渗向左边的碳化钨骨架层。合成样品层厚度大约为2mm。在该条件下合成的硬质合金层中碳化钨晶粒尺寸均匀、晶形完整，晶粒的形状也较规则，主要表现为球形或类球形，合金的孔隙度小，并且钴相在碳化钨颗粒晶界之间均匀分布。在大颗粒碳化钨之间填充着许多碳化钨小颗粒。当烧结条件为5.0GPa，1500、1600℃，烧结时间为25min时，碳化钨平均晶粒度较粗，显微组织不均匀，存在较严重的粗大晶粒和较多的细晶粒，有部分碳化钨晶粒边界以平直的不规则多面体、长方形、三角形出现。晶粒形状不规则，钴相较多，在富钴区产生“钴池”，而贫乏区形成孔隙，其为在5.0GPa、1450℃、25min条件下合成样品对应的背散射图像。实施案例6：负压融渗过程是液体金属在负压吸力的作用下，在多孔的松散颗粒间的复杂流动过程，颗粒通道可看作毛细管。毛细管半径、毛细管两端压力差及金属保持液态的时间都会提高液体金属渗入毛细管的深度，而液体金属黏度的增加会降低其渗入深度，其中毛细管两端压力差P包括：毛细管内与外界的气压差P1，液体金属与颗粒表面润湿特性决定的毛细管力P2，液体金属的静压力P3，毛细管内气体受热膨胀产生的气体压力P4，与P1、P2相比，P3、P4很小，可以忽略不计。对烧结工艺适当控制，既可使钴相融渗到碳化钨层表面，又可因液相流动发生液相成分再分配形成性能优良的硬质合金，而这种再分配过程是受体系的内部界面与表面的自由能最小化驱动所致的自发性过程。实施案例7：在常温下逐渐升压的过程中，碳化钨颗粒粉末层发生致密化。致密化过程表现在：碳化钨颗粒之间颗粒重排，颗粒之间的孔洞消除。由于此时碳化钨颗粒大小分布基本均匀，因此有邻接现象出现。如果碳化钨颗粒大小相等，按照等径球密排立方或密排六方的堆积模式，孔隙率为26%，此时致密化根本没有完全。随着压力的进一步升高，颗粒之间相互挤压，颗粒发生塑性形变，粉末颗粒进行二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压融渗法制备的低钴粗晶硬质合金的制备原料包括：质量分数大于99.9%、平均粒度8μm的WC粉末，YG16硬质合金。

【技术特征摘要】
1.一种高压融渗法制备的低钴粗晶硬质合金的制备原料包括：质量分数大于99.9%、平均粒度8μm的WC粉末，YG16硬质合金。2.根据权利要求1所述的高压融渗法制备的低钴粗晶硬质合金，其特征是高压融渗法制备的低钴粗晶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，配好后进行氢气还原脱氧，随后进行湿磨，球磨介质为四氯化碳，球磨时间为24h，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，将制好的粉末平铺在YG16基底下边进行预压，随后进行高温高压实验。3.根据权利要求1所述的高压融渗法制备的低钴粗晶硬质合金，其特征是密度采...

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