一种纯碳化钨硬质合金制备方法及纯碳化钨硬质合金技术

本发明专利技术属于硬质合金材料制备技术领域，具体涉及一种纯碳化钨硬质合金制备方法，结合放电等离子体烧结方法，调节具体烧结工艺，整个烧结周期控制在40‑60min内完成，保证碳化钨晶粒维持初始状态，得到高致密度的纯碳化钨硬质合金材料；以微米级的碳化钨粉末单组分相烧结，不添加任何金属粘结剂或非金属添加物等，得到的碳化钨硬质合金致密度高达到99％左右，密度在15.4g/cm

A Pure Tungsten Carbide Cemented Carbide Preparation Method and Pure Tungsten Carbide Cemented Carbide

【技术实现步骤摘要】
一种纯碳化钨硬质合金制备方法及纯碳化钨硬质合金
本专利技术属于硬质合金材料制备
，具体涉及一种纯碳化钨硬质合金制备方法及纯碳化钨硬质合金。
技术介绍
碳化钨是硬质合金工业中使用最多的硬质化合物。碳化钨合金具有高硬度和高耐磨性的特点，特别是在较高温度下仍然具有高硬度。但是碳化钨的熔点高达2870℃，为了降低其烧结温度、提高韧性，传统的制备方法是在碳化钨体系中添加烧结助剂金属钴、钼、镍、钛等作为粘结剂来降低碳化钨体系的烧结温度，虽然能够降低碳化钨合金的烧结温度，但是引进的金属粘结剂会降低碳化钨的整体硬度。同时，传统的碳化钨烧结方式如真空热压烧结、真空气压烧结、热等静压烧结等，往往需要很高的烧结温度和较长的保温时间，碳化钨颗粒在较长的高温烧结过程中，晶粒会逐渐长大，降低材料的致密度，从而导致材料性能的降低。现有的放电等离子体烧结工艺制备碳化钨合金的技术中，有采用nm级碳化钨粉末为原料，以少片层石墨烯为添加物，一方面，石墨烯与碳化钨球磨工艺复杂；另一方面，石墨烯无法与碳化钨充分浸润、混合，制成的碳化钨硬质合金用于制备成品后，石墨烯片层容易在使用过程中脱落，影响高精密仪器的加工精度(CN106116582B)；另有技术(CN108165791A)提供了一种无粘结相超细碳化钨硬质合金的制备方法，需要先以预处理液将0.2-0.4μm的超细碳化钨粉体进行预处理，达到提高粉体表面缺陷，降低烧结温度的目的，工艺相对复杂，制备周期长。
技术实现思路
基于以上问题，本专利技术的其一目的是提供一种不添加粘结剂、无需球磨的超硬纯碳化钨硬质合金的制备方法。本专利技术的再一目的是提供本专利技术的制备方法制得的纯碳化钨硬质合金。本专利技术的技术方案为：本专利技术提供一种纯碳化钨硬质合金制备方法，包括以下步骤：(1)将纯度达到99.98％以上微米级的碳化钨粉末进行筛分；(2)将步骤(1)筛分后的碳化钨粉末进行烘干，去除粉末吸附水分；(3)将烘干后的碳化钨粉末置于石墨模具中用压片机进行预压，石墨模具内孔提前嵌套薄石墨纸防止高温烧结时碳化钨和石墨模具粘连毁坏模具，也防止石墨对碳化钨合金造成成份污染，在压头两侧放置薄石墨片，然后放入放电等离子体烧结设备内，石墨模具外侧包裹碳毡防止热辐射导致炉膛温度过高，先轴向进行第一次加压，抽真空后，开始升温，并同时观察位移量，当位移量显示碳化钨粉末体积收缩停止时，继续增加轴向压力，升温至1500-1600℃后进行保温烧结，保温结束后将碳化钨样品随炉冷却至室温后，退模，得到所述纯碳化钨硬质合金。根据本专利技术的纯碳化钨硬质合金的制备方法，在步骤(1)中，筛分后的碳化钨粉末粒径分布D90＝2±0.2μm，其粒度均一度高，有利于制备的碳化钨硬质合金烧结致密均一。根据本专利技术的纯碳化钨硬质合金的制备方法，在步骤(2)中，烘干温度为110-120℃，时间为2-3小时。根据本专利技术的纯碳化钨硬质合金的制备方法，在步骤(3)中，预压压力为10MPa，保压时间为3-5min，使碳化钨粉末与石墨模具紧密接触，保证电流顺利通过，达到良好的烧结效果。根据本专利技术的纯碳化钨硬质合金的制备方法，在步骤(3)中，第一次加压压力为10-20MPa，当位移量显示碳化钨粉末体积收缩结束时，继续增加轴向压力至50-70MPa，两次加压结合，排出待烧样中的空气，保证进一步提高待烧样的致密度，也进一步提高所述纯碳化钨硬质合金的致密度和均一性。根据本专利技术的纯碳化钨硬质合金的制备方法，在步骤(3)中，抽真空后的真空度为5-10Pa，在此真空度下，以1500-1600℃的烧结温度，根据烧结碳化钨粉末的量和烧结程度，调节烧结时间为1-5min。根据本专利技术的纯碳化钨硬质合金的制备方法，在步骤(3)中，升温速度为100-150℃/min，以此升温速率升温至烧结温度，保证碳化钨晶粒可以维持原始大小，同时也保证能够达到预设的碳化钨硬质合金强度性能。根据本专利技术的纯碳化钨硬质合金的制备方法，在步骤(3)中，烧结保温时间为1-5min。本专利技术提供一种纯碳化钨硬质合金，由本专利技术所述的纯碳化钨硬质合金的制备方法制得，所述纯碳化钨硬质合金的维氏硬度为2600-2700HV，弯曲强度为1400-1500MPa，压缩强度为7000-8000MPa。本专利技术的纯碳化钨硬质合金经加工其光洁度优异，可达到3nm以内，且没有添加任何金属粘结剂或增强填充物，高温下无脱落，耐高温性能优异，适于用于加工和制备光学玻璃和透镜等。本专利技术的技术效果为：本专利技术的纯碳化钨硬质合金的制备方法，结合放电等离子体烧结方法，调节具体烧结方法，整个烧结过程周期可控制在40-60min内全部完成，可以保证碳化钨晶粒维持原始状态，得到高密度的纯碳化钨硬质合金；以微米级的碳化钨粉末单组分相烧结，不添加任何金属粘结剂等，得到的纯碳化钨硬质合金致密度高达到99％左右，密度在15.4g/cm3左右，维氏硬度能够达到2600-2700HV，弯曲强度达到1400-1500MPa，压缩强度达到8000MPa.因此，本专利技术得到的碳化钨硬质合金适合制成各种工具用于：粉末成型用模具、热加工模具、耐磨部件、超精密机械部件、机加工刀具等，尤其适合用于对耐高温性能要求高、要求烧结相单一，高温下不脱落的精密加工模具、光学玻璃和透镜加工模具。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本专利技术所保护的范围。实施例1本专利技术提供一种纯碳化钨硬质合金制备方法，包括以下步骤：(1)将纯度达到99.98％以上微米级的碳化钨粉末进行筛分，筛分后的碳化钨粉末粒径分布D90＝2±0.2μm，其粒度均一度高；(2)将步骤(1)筛分后的碳化钨粉末进行烘干，烘干温度为110℃，时间为3小时；(3)将烘干后的碳化钨粉末置于石墨模具中用压片机进行预压10MPa压力，保压5min，石墨模具内孔提前嵌套薄石墨纸防止高温烧结时碳化钨和石墨模具粘连毁坏模具，也防止石墨对碳化钨合金造成成分污染，在压头两侧放置薄石墨片；预压后将石墨模具整体放入放电等离子体烧结设备内，石墨模具外侧包裹碳毡防止热辐射导致炉膛温度过高，先轴向进行第一次加压10MPa，抽真空至真空度为10Pa后，开始升温，，升温速度为100℃/min，并同时观察位移量，当位移量显示碳化钨粉末体积收缩结束时，继续增加轴向压力至70MPa，升温至1500℃后，保温烧结5min，保温结束后后将碳化钨样品随炉冷却至室温后，退模，得到所述纯碳化钨硬质合金。实施例2本专利技术提供一种纯碳化钨硬质合金制备方法，包括以下步骤：(1)将纯度达到99.98％以上微米级的碳化钨粉末进行筛分，筛分后的碳化钨粉末粒径分布D90＝2±0.2μm，其粒度均一度高；(2)将步骤(1)筛分后的碳化钨粉末进行烘干，烘干温度为120℃，时间为2小时；(3)将烘干后的碳化钨粉末置于石墨模具中用压片机进行预压10MPa压力，保压3min，石墨模具内孔提前嵌套薄石墨纸防止高温烧结时碳化钨和石墨模具粘连毁坏模具，也防止石墨对碳化钨合金造成成分污染，在压头两侧放置薄石墨片；预压后将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纯碳化钨硬质合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将微米级的碳化钨粉末进行筛分；(2)将步骤(1)筛分后的碳化钨粉末进行烘干；(3)将烘干后的碳化钨粉末置于石墨模具中进行预压，然后放入放电等离子体烧结设备内，先轴向进行第一次加压，抽真空后，开始升温，并同时观察位移量，当位移量显示碳化钨粉末体积收缩时，继续增加轴向压力，升温至1500‑1600℃后进行保温烧结，保温结束后将碳化钨样品随炉冷却至室温后，退模，得到所述纯碳化钨硬质合金。

【技术特征摘要】
1.一种纯碳化钨硬质合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将微米级的碳化钨粉末进行筛分；(2)将步骤(1)筛分后的碳化钨粉末进行烘干；(3)将烘干后的碳化钨粉末置于石墨模具中进行预压，然后放入放电等离子体烧结设备内，先轴向进行第一次加压，抽真空后，开始升温，并同时观察位移量，当位移量显示碳化钨粉末体积收缩时，继续增加轴向压力，升温至1500-1600℃后进行保温烧结，保温结束后将碳化钨样品随炉冷却至室温后，退模，得到所述纯碳化钨硬质合金。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，筛分后的碳化钨粉末粒径分布D90＝2±0.2μm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，烘干温度为110-120℃，时间为2-3小时。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，预压压力为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张壮飞，房超，张跃文，沈维霞，贾晓鹏，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41