一种改性富勒烯增强硬质合金的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性富勒烯增强硬质合金的制备方法，其特征在于。在富勒烯表面进行化学镀镍对富勒烯进行改性；将改性富勒烯、碳化钨粉、钴粉配制的粉料与无水乙醇进行球磨；用无水乙醇冲洗磨球表面的粘附物，将所得的浆料真空干燥；将干燥后的粉末，置于成型模具中，加压成型；将预成型后的样品坯料，在真空烧结炉中烧结成型。本发明专利技术利用富勒烯优异的机械物理性能，提升改善硬质合金基体材料硬度与韧性难以同时兼顾的问题。同时，采用表面改性的方法，消除富勒烯本身高温抗氧化性能力低和与基体材料的结合力不强的问题。

A preparation method of modified fullerene reinforced cemented carbide

The invention discloses a preparation method of modified fullerene reinforced cemented carbide, which is characterized in that. Electroless nickel plating was carried out on the surface of fullerene to modify fullerene; the powder prepared by modified fullerene, tungsten carbide powder and cobalt powder was milled with anhydrous ethanol; the adhesive on the surface of grinding ball was washed with anhydrous ethanol, and the slurry obtained was vacuum dried; the dried powder was placed in the molding mold and pressurized; the preformed sample blank was placed in the vacuum sintering furnace Sintering. The invention utilizes the excellent mechanical and physical properties of fullerene to improve the hardness and toughness of the cemented carbide matrix material. At the same time, the method of surface modification is used to eliminate the problems of low oxidation resistance of fullerenes at high temperature and poor adhesion with the matrix materials.

【技术实现步骤摘要】
一种改性富勒烯增强硬质合金的制备方法
本专利技术涉及一种硬质合金性能增强的制备方法，具体涉及一种利用改性富勒烯增强硬质合金的制备方法，属于金属成型制备

技术介绍
硬质合金是重要的工业材料之一，被称为“工业的牙齿”，在工具、模具、航空航天等领域应用广泛。硬质合金材料的常用制备方法是由碳化物硬质相与金属粘结相烧结成的金属陶瓷复合材料，具有高硬度、高耐磨性、高红硬性等优异物理性能。但是，硬质合金同时属于脆性材料，在应用过程中由于强度和韧性的矛盾问题，导致硬质合金发生断裂、裂纹等问题，严重影响着硬质合金的使用性能。富勒烯C60具有特殊的圆球形状，C60的结构使其具有特殊的稳定性。在分子水平上,单个C60分子非常坚硬，特殊形状和极强的抵抗外界压力的能力使在作为材料增强体中具有极大的应用潜力。然而由于C60具有小尺寸效应，极易发生团聚，难以充分发挥其优异性能。此外，富勒烯的耐高温氧化性和基体材料结合力较差，在富勒烯表面镀覆金属。以获得更强的抗氧化性和与基体材料的结合力。本专利技术应用富勒烯的强韧性和其纳米特性的诸多优异性能，通过改性富勒烯掺杂硬质合金的制备工艺，提升硬质合金材料的韧性，增强硬质合金的综合性能。经对现有技术的专利检索发现，中国专利申请号200910091185.0记载了“一种低成本高性能的WC-Co硬质合金的工业化制备方法”，以WO2.9、Co3O4和炭黑为原料制备硬质合金，此方法无法保证碳化反应的均匀性，容易导致组织结构缺陷。中国专利申请号：201210262916.5记载了“一种石墨烯改性硬质合金的制备方法”，以纳米W粉、纳米Co和/或纳米Ni粉以及Cr2O3粉末混合，经后续系列化工艺处理，形成制品。同样存在着碳化物分布不均匀的问题，残余石墨烯的强韧性提升效果难以达到预期。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：现有硬质合金中碳化物分布不均匀，残余石墨烯影响硬质合金的强韧性的问题。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种改性富勒烯增强硬质合金的制备方法，其特征在于。包括以下步骤：步骤1)：在富勒烯表面进行化学镀镍对富勒烯进行改性；步骤2)：将改性富勒烯、碳化钨粉、钴粉配制的粉料与无水乙醇进行球磨；步骤3)：用无水乙醇冲洗磨球表面的粘附物，将所得的浆料真空干燥；步骤4)：将干燥后的粉末，置于成型模具中，加压成型；步骤5)：将预成型后的样品坯料，在真空烧结炉中烧结成型。优选地，所述步骤1)包括以下具体步骤：步骤1.1)：富勒烯的氧化处理：将富勒烯粉末置于强酸溶液中，水浴加热的同时，进行磁力搅拌，搅拌后用去离子水洗涤溶液至pH＝7；步骤1.2)：富勒烯的敏化处理：将氧化后的富勒烯置于氯化亚锡溶液中，水浴加热的同时，进行磁力搅拌，搅拌后用去离子水洗涤溶液至pH＝7；步骤1.3)：富勒烯的活化处理：将敏化后的富勒烯置于氯化钯溶液中，水浴加热的同时，进行磁力搅拌，搅拌后用去离子水洗涤溶液至pH＝7后，干燥；步骤1.4)：富勒烯的化学镀镍：将硫酸镍溶液倒入络合剂溶液，加入活化处理后的富勒烯粉末；调节pH值至10～11，加入还原剂，水浴加热的同时进行磁力搅拌，过滤、干燥即可。更优选地，所述步骤1.1)中的强酸溶液为浓硫酸和浓硝酸以体积比1：1的比例混合的混合溶液；富勒烯粉末与强酸溶液的比例为1g：(1000～1500)mL；水浴加热的温度为70～80℃。更优选地，所述步骤1.2)中的氯化亚锡溶液为质量浓度36％～38％的盐酸、氯化亚锡、去离子水以(1～2)mL：(1.5～2)g：50mL的比例混合的溶液；水浴加热的温度为40～50℃。更优选地，所述步骤1.3)中的氯化钯溶液为氯化钯、质量浓度36％～38％的盐酸、去离子水以1g：(40～50)mL：(1500～2000)mL的比例混合的溶液；水浴加热的温度为40～50℃。更优选地，所述步骤1.4)中的硫酸镍溶液的浓度为3～4g/L；络合剂溶液为柠檬酸钠、碳酸钠、去离子水以1.5g：1g：(100～150)mL的比例混合的溶液；采用质量浓度30％的NaOH溶液调节络合剂溶液的pH值；还原剂为次亚磷酸钠溶液，其浓度为0.02～0.06g/mL；水浴加热的温度为70～80℃。更优选地，步骤1.1)、步骤1.2)、步骤1.3)、步骤1.4)中磁力搅拌的时间均为1～2小时。优选地，所述步骤2)中的粉料包括以质量百分比计的改性富勒烯0.1％～0.5％，碳化钨粉92％～94％及余量的钴粉；无水乙醇、粉料、磨球的比例为(1～1.5)mL：1g：(8～10)g，球磨的转速为400～500rpm，球磨时间为4～6h。本专利技术利用富勒烯C60独特的笼状碳分子结构以及其极高的强度和韧性，与碳化钨和钴共同混合烧结，实现硬质合金的增强效果。为了减少富勒烯由于小尺寸效应引起团聚现象，同时提升其高温抗氧化性和与基体材料的结合力，首先对富勒烯表面进行改性处理，在富勒烯C60表面进行化学镀镍处理。本专利技术利用富勒烯优异的机械物理性能，提升改善硬质合金基体材料硬度与韧性难以同时兼顾的问题。同时，采用表面改性的方法，消除富勒烯本身高温抗氧化性能力低和与基体材料的结合力不强的问题。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)表面改性后富勒烯由于表面包覆了金属颗粒，极大地减少了团聚现象，提升其高温抗氧化性能以及与其他材料的结合力强度；(2)利用改性富勒烯和碳化钨粉、钴粉混合制备硬质合金，增强硬质合的硬度与韧性，提升其抗裂纹扩展能力。附图说明图1为实施例1中改性富勒烯的表面形貌SEM图；图2为普通WC-wt.8％Co硬质合金基体裂纹扩展形貌SEM图；图3为实施例1制备的的硬质合金基体裂纹扩展形貌SEM图。具体实施方式为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。实施例1改性富勒烯含量为0.3％的WC-wt.8％Co硬质合金的制备：(1)富勒烯的氧化处理：用电子精密天平，称量0.3g富勒烯粉末，放入250mLH2SO4与250mLHNO3混合而成的强酸溶液的烧杯中。将烧杯置于80℃的水浴环境中，磁力搅拌2小时。搅拌结束后，用去离子水洗涤溶液至pH＝7，过滤。(2)富勒烯的敏化处理：将氧化后的富勒烯置于4mLHCl、6gSnCl2和200mL去离子配制而成的氯化亚锡溶液中，在水浴加热温度为40℃的条件下，磁力搅拌1小时。搅拌结束后，用去离子水洗涤溶液至pH＝7，过滤。(3)富勒烯的活化处理：将敏化后的富勒于置于0.1gPdCl2、5mLHCl和200mL去离子配制而成的氯化钯溶液中，在水浴加热温度为40℃的条件下，磁力搅拌1小时。搅拌结束后，用去离子水洗涤溶液至pH＝7，过滤，干燥。(4)富勒烯的化学镀镍：配制由1.5gNa3C6H5O7·2H2O、1gNa2CO3和150mL去离子混合而成的络合剂溶液。用质量浓度30本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性富勒烯增强硬质合金的制备方法，其特征在于。包括以下步骤：/n步骤1)：在富勒烯表面进行化学镀镍对富勒烯进行改性；/n步骤2)：将改性富勒烯、碳化钨粉、钴粉配制的粉料与无水乙醇进行球磨；/n步骤3)：用无水乙醇冲洗磨球表面的粘附物，将所得的浆料真空干燥；/n步骤4)：将干燥后的粉末，置于成型模具中，加压成型；/n步骤5)：将预成型后的样品坯料，在真空烧结炉中烧结成型。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性富勒烯增强硬质合金的制备方法，其特征在于。包括以下步骤：
步骤1)：在富勒烯表面进行化学镀镍对富勒烯进行改性；
步骤2)：将改性富勒烯、碳化钨粉、钴粉配制的粉料与无水乙醇进行球磨；
步骤3)：用无水乙醇冲洗磨球表面的粘附物，将所得的浆料真空干燥；
步骤4)：将干燥后的粉末，置于成型模具中，加压成型；
步骤5)：将预成型后的样品坯料，在真空烧结炉中烧结成型。


2.如权利要求1所述的改性富勒烯增强硬质合金的制备方法，其特征在于，所述步骤1)包括以下具体步骤：
步骤1.1)：富勒烯的氧化处理：将富勒烯粉末置于强酸溶液中，水浴加热的同时，进行磁力搅拌，搅拌后用去离子水洗涤溶液至pH＝7；
步骤1.2)：富勒烯的敏化处理：将氧化后的富勒烯置于氯化亚锡溶液中，水浴加热的同时，进行磁力搅拌，搅拌后用去离子水洗涤溶液至pH＝7；
步骤1.3)：富勒烯的活化处理：将敏化后的富勒烯置于氯化钯溶液中，水浴加热的同时，进行磁力搅拌，搅拌后用去离子水洗涤溶液至pH＝7后，干燥；
步骤1.4)：富勒烯的化学镀镍：将硫酸镍溶液倒入络合剂溶液，加入活化处理后的富勒烯粉末；调节pH值至10～11，加入还原剂，水浴加热的同时进行磁力搅拌，过滤、干燥即可。


3.如权利要求2所述的改性富勒烯增强硬质合金的制备方法，其特征在于，所述步骤1.1)中的强酸溶液为浓硫酸和浓硝酸以体积比1：1的比例混合的混合溶液；富勒烯粉末与强酸溶液的比例为1g：(1000～1500)mL；水浴加热的温度为70～80℃。

【专利技术属性】
技术研发人员：张建国，原一高，张金江，阮钧，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31