一种高耐磨硬质合金材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于合金技术领域，公开了一种高耐磨硬质合金及其制备方法和应用。本发明专利技术以TiC‑Ni基球形颗粒与WC‑Co基粉体组成的复合粉体为原料，采用低温保压法制备得到硬质合金。本发明专利技术中的硬质合金兼具耐磨性和韧性的优势，低温保压法能够实现合金内部的全致密化，并且有效控制WC、TiC晶粒在烧结过程中的长大，从而提高硬质合金的强度及耐磨性，本发明专利技术通过选择特定的制备原料以及制备方法，在制备原料和制备方法的共同作用下使得到的硬质合金具有高耐磨性和高韧性。

A High Wear Resistance Cemented Carbide Material and Its Preparation Method and Application

The invention belongs to the field of alloy technology, and discloses a high wear-resistant cemented carbide, its preparation method and application. The cemented carbide is prepared by low-temperature holding pressure method using a composite powder composed of TiC Ni-based spherical particles and WC Co-based powder as raw materials. The cemented carbide in the present invention has the advantages of both wear resistance and toughness. The low temperature holding pressure method can realize the full densification of the alloy interior, and effectively control the growth of WC and TiC grains in the sintering process, so as to improve the strength and wear resistance of the cemented carbide. The present invention makes the cemented carbide strength and wear resistance under the combined action of the preparation raw materials and methods by selecting the specific preparation raw materials and methods. The cemented carbide obtained has high wear resistance and high toughness.

【技术实现步骤摘要】
一种高耐磨硬质合金材料及其制备方法与应用
本专利技术属于合金
，特别涉及一种高耐磨硬质合金及其制备方法和应用。
技术介绍
硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。硬质合金作为一类特殊工具材料已经广泛用于制造切削工具、刀具、钴具和耐磨零部件，广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域。申请号为201510541956.7的中国专利公开了一种硬质合金材料，所述硬质合金材料由以下重量百分比的组分组成：1～20％粘结相，80～99％硬质相，所述硬质相由WC和TiAlCN组成，所述WC占所述硬质合金材料的重量百分比为60～98.5％，所述TiAlCN占所述硬质合金材料的重量百分比为0.5～20％。现有技术提供的这种硬质合金能够使硬质相具有较高的硬度和抗氧化性能，能够提高制得的硬质合金工具的高温强度、硬度和韧性，TiAlCN硬质相还能够细化WC硬质相晶粒，提高硬质合金的硬度、强度和韧性；TiAlCN硬质相在硬质合金高温使用过程中，能够在工具表面能够形成致密氧化物保护膜，抗氧化温度达到800℃以上，并且抗硫化和抗各种介质腐蚀，硬质合金工具可在高温和恶劣的环境下工作。但是这种硬质合金的强度、硬度以及耐磨性仍然有待提高，以便使硬质合金更好的应用。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种高耐磨硬质合金；该硬质合金具有较好的强度、硬度和高耐磨性。本专利技术的又一目的在于提供一种上述高耐磨硬质合金的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供一种上述高耐磨硬质合金的应用。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种高耐磨硬质合金，该高耐磨硬质合金是由体积比为10∶90-50∶50的TiC-Ni-Mo基球形颗粒与WC-Co基粉体组成；所述TiC-Ni-Mo基球形颗粒包括以下按质量百分比计的组分：73～90wt％的TiC、2～15wt％的Ni、0.5～6wt％的Mo、0.5～2wt％的Cr3C2、0.5～2wt％的HfC、0.5～2wt％的TiB2、0.5～2wt％的La；所述WC-Co基粉体包括以下按质量百分比计的组分：70～85wt％的WC、10～20wt％的Co、0.5～5wt％的SiC、1～5wt％的Ni3Al、0.5～1.5wt％的V、0.5～1.5wt％的Y、0.5～1.5wt％的La、0.5～1.5wt％的YB6。所述TiC-Ni-Mo基球形颗粒的粒度为5～100微米；所述TiC-Ni-Mo基球形颗粒是采用喷雾造粒法或者机械粉碎法造粒，然后通过预烧结至900-1000℃，保温30-60min，预烧结成型。所述高耐磨硬质合金的断裂韧性高达18MPa·m1/2，其耐磨性比结构均匀的常规金属陶瓷提高15-30％。上述的一种高耐磨硬质合金的制备方法，包括以下操作步骤：(1)将TiC-Ni-Mo基球形颗粒与WC-Co基粉体装入内径50-100mm的石墨模具，置入煅烧炉中；(2)向炉体通入氩气作为保护气体，施加预压力5MPa，以1-2℃/min的升温速率升温至700-800℃后，保温30min；(3)将轴向压力增加到15MPa，以1-2℃/min的升温速率继续升温至1200℃，当温度达到1200℃时保温5min，在1050℃开始增加轴向压力，并在温度升高至1200℃时，将轴向压力增加到50MPa；(4)再将温度降至1050-1090℃，保持轴向压力50MPa，保压保温时间8-48h；(5)保温完成后降温到900℃，降温速率1-2℃/min，同时卸压；(6)降温到900℃后，材料随炉自然冷却到室温，再将烧结体取出，得到高耐磨硬质合金。上述的一种高耐磨硬质合金在制备切削刀具以及基础建设、矿产开发、石油钻井领域的专用工具中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：在现有技术中，材料体系通常是均匀的，如果做成TiC-Ni-Mo基球形颗粒与WC-Co基粉体，难以消除TiC-Ni-Mo基球形颗粒内部、TiC-Ni-Mo基球形颗粒与TiC-Ni-Mo基球形颗粒之间、TiC-Ni-Mo基球形颗粒与WC-Co基粉体、WC-Co基粉体与WC-Co基粉体之间的微小空隙；本专利技术采用低温保压法，在WC、TiC晶粒不长大或很少长大的同时提升致密度；在本专利技术制备原料和制备方法的共同作用下，完全消除TiC-Ni-Mo基球形颗粒内部、TiC-Ni-Mo基球形颗粒与TiC-Ni-Mo基球形颗粒之间、TiC-Ni-Mo基球形颗粒与WC-Co基粉体、WC-Co基粉体与WC-Co基粉体之间的微小空隙，进而实现该合金的完全致密。TiC-Ni-Mo基球形颗粒在合金中起到硬质相的作用，WC-Co基在合金中起到韧性相的作用，在硬质相与韧性相存在明显硬度差且完全致密的特征下，使得本专利技术中硬质合金的耐磨性得以明显改善。同时硬硬质相与硬质相之间的平均自由程增大且完全致密的特征下，使得合金的韧性有所提升。因而，本专利技术使得该硬质合金的耐磨性与韧性都得以改善。本专利技术按照ASTME399测试了本专利技术中硬质合金的断裂韧性，结果表明，本专利技术中的硬质合金的断裂韧性高达18MPa·m1/2。本专利技术按照ASTMB611测试了本专利技术中硬质合金的耐磨性，结果表明，本专利技术中的硬质合金的耐磨性比结构均匀的常规金属陶瓷提高15-30％。附图说明图1为低温保压法烧结工艺图。图2为传统热压烧结工艺图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。以下实施例3采用本专利技术低温保压法烧结工艺，如图1所示；对比例1采用传统热压烧结工艺如图2所示。实施例1一种高耐磨硬质合金，其特征在于：该高耐磨硬质合金是由体积比为50∶50的TiC-Ni-Mo基球形颗粒与WC-Co基粉体组成；所述TiC-Ni-Mo基球形颗粒包括以下按质量百分比计的组分：73wt％的TiC、15wt％的Ni、6wt％的Mo、2wt％的Cr3C2、2wt％的HfC、1wt％的TiB2、1wt％的La，TiC-Ni-Mo基球形颗粒的粒度为5～100微米，是采用喷雾造粒法或者机械粉碎法造粒，然后通过预烧结至900℃，保温60min，预烧结成型；所述WC-Co基粉体包括以下按质量百分比计的组分：70wt％的WC、20wt％的Co、2wt％的SiC、2wt％的Ni3Al、1.5wt％的V、1.5wt％的Y、1.5wt％的La、1.5wt％的YB6。其制备方法具体按照以下操作步骤：(1)将TiC-Ni-Mo基球形颗粒与WC-Co基粉体装入内径50mm的石墨模具，置入煅烧炉中；(2)向炉体通入氩气作为保护气体，施加预压力5MPa，以1℃/min的升温速率升温至700℃后，保温30min；(3)以1℃/min的升温速率继续升温至1200℃，当温度达到1200℃时保温5min，在1050℃开始增加轴向压力，并在温度升高至1200℃时，轴向压力增加到50MPa；(4)再将温度降至1050℃，保持轴向压力50MPa，保压保温时间48h；(5)保温完成后降温到900℃，降温速率1℃/min，同时卸压；(6)降温到900℃后，材料随炉自然冷却到室温，再将烧结体取出，得到高耐磨硬质合金。实施例2一种高耐磨硬质合金，其特征在于：该高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高耐磨硬质合金，其特征在于：该高耐磨硬质合金是由体积比为10：90‑50：50的TiC‑Ni‑Mo基球形颗粒与WC‑Co基粉体组成；所述TiC‑Ni‑Mo基球形颗粒包括以下按质量百分比计的组分：73～90wt％的TiC、2～15wt％的Ni、0.5～6wt％的Mo、0.5～2wt％的Cr3C2、0.5～2wt％的HfC、0.5～2wt％的TiB2、0.5～2wt％的La；所述WC‑Co基粉体包括以下按质量百分比计的组分：70～85wt％的WC、10～20wt％的Co、0.5～5wt％的SiC、1～5wt％的Ni3A1、0.5～1.5wt％的V、0.5～1.5wt％的Y、0.5～1.5wt％的La、0.5～1.5wt％的YB6。

【技术特征摘要】
1.一种高耐磨硬质合金，其特征在于：该高耐磨硬质合金是由体积比为10：90-50：50的TiC-Ni-Mo基球形颗粒与WC-Co基粉体组成；所述TiC-Ni-Mo基球形颗粒包括以下按质量百分比计的组分：73～90wt％的TiC、2～15wt％的Ni、0.5～6wt％的Mo、0.5～2wt％的Cr3C2、0.5～2wt％的HfC、0.5～2wt％的TiB2、0.5～2wt％的La；所述WC-Co基粉体包括以下按质量百分比计的组分：70～85wt％的WC、10～20wt％的Co、0.5～5wt％的SiC、1～5wt％的Ni3A1、0.5～1.5wt％的V、0.5～1.5wt％的Y、0.5～1.5wt％的La、0.5～1.5wt％的YB6。2.根据权利要求1所述的一种高耐磨硬质合金，其特征在于：所述TiC-Ni-Mo基球形颗粒的粒度为5～100微米；所述TiC-Ni-Mo基球形颗粒是采用喷雾造粒法或者机械粉碎法造粒，然后通过预烧结至900-1000℃，保温30-60min，预烧结成型。3.根据权利要求1所述的一种高耐磨硬质合金，其特征在于：所述高耐磨硬...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈健，周莉，郑振兴，
申请(专利权)人：广东技术师范学院，
类型：发明
国别省市：广东,44