一种硬质合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种硬质合金，包括如下组分：a)、钴2.5‑6wt％；b)、碳化铬0.2‑0.6wt％；c)、碳化钨；其中，所述碳化钨的平均晶粒度为0.6‑1.0μm，优选为0.8‑1.0μm。使用本发明专利技术亚微细晶硬质合金棒材制作的钻头，兼具良好的刚性、耐磨性和强韧性，在0.4‑1.0mm的PCB钻头应用表现优异，尤其能满足现代PCB加工对高耐磨性和孔位精度的要求。

A hard alloy and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种硬质合金及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种硬质合金及其制备方法和应用。
技术介绍
细晶和超细晶WC-Co类硬质合金具有较高的硬度、韧性和强度，广泛应用于金属、木材和印刷电路板加工工具领域。在印刷电路板(PCB)加工领域中，硬质合金微型钻头(直径0.025-1.0mm)是印刷电路板加工过程中最常用的工具，主要用于印刷电路板上承载电子元件的孔加工。这类钻头一般通过硬质合金棒材和钢柄焊接后磨削制成。目前直径在0.4-1.0mm的钻头材料一般采用晶粒度为0.4-0.6μm的WC粉末和重量百分比为6-6.5％的Co粉，并添加Cr3C2和VC作为抑制剂，经湿磨、干燥、压制成型和烧结制成。这类合金的硬度一般在(1700-1900HV30)，弹性模量在620-630GPa，强度在3500MPa以上。随着印刷电路板钻孔加工对钻头耐磨性和孔位精度要求的不断提高，相应的对合金的硬度和弹性模量有了更高要求，而适当的降低合金钴含量并搭配WC晶粒度和抑制剂可以达到在保证足够强度的情况下同时提高合金硬度，韧性和弹性模量等指标的目的。中国专利技术专利“超细硬质合金制备方法”(200310110521.4)中提及的超细WC-Co硬质合金虽然在钴含量(Co5.5-7wt％)和硬度(2000-2200HV30)与本专利技术有部分相似，但是其主要通过超细晶粉末，同时采用适量的Cr3C2和VC作为抑制剂减低晶粒度(0.2-0.4μm)来提高硬度。PCT专利技术专利“制备超细碳化钨钴合金的方法”(申请号：98808878.9申请日：1998-09-04)涉及一种制备硬质合金的方法，该方法使用亚微粒度的WC且含有WC和6-24wt％的Co，该Co采用亚微型平均粒度的解聚的球形晶粒并具有窄分布的钴粉末，其中为至少80％的颗粒具有在X±0.2X区间内的尺寸，假定该偏差的区间(即0.4X)不小于0.1μm。该专利技术的特征在于添加<1wt％的晶粒长大抑制剂，比如VC和/或Cr3C2且选取的碳含量接近于η相的形成。该专利技术主要通过在粘结相中加入Ru来强化合金。PCT专利技术专利“用于印刷电路板材料钻孔/特形铣的工具”(申请号：98808877.0申请日：1998-09-04)，该专利技术描述一种致密的硬质合金产品，该产品由粒度在0.1和0.4μm之间的WC，细粒度的钴和钌粉制成，该产品在PCB加工操作中，在粘结相中添加10-25％的Ru时使得在PCB特型铣中，相对常规材料(6％钴和0.4μm粒度)耐磨性增加了25％，抗修整性增加了100％。美国专利US20060029511A1公开一种制造细粒硬质合金的方法。通过至少部分地在含氮气氛中进行烧结，获得了晶粒细化的硬质合金结构。该专利技术的方法包括根据常规粉末冶金方法将碳化钨-钴体混合，研磨和压制，随后在大于0.5atm，优选大于0.75的压力下引入氮气的方法进行烧结。脱蜡后但闭孔之前，最好在1000℃之前进入大气压。最终得到具有高韧性和高抗变形性的硬质合金刀片及其制造方法。日本专利JP20100093479(申请日2010.03.30)涉及一种超细颗粒硬质合金。用于钻孔，铣削和切割，例如PCB钻头。该专利技术的超细颗粒硬质合金通过将平均粒径≤0.3μm的碳化钨颗粒与基本上由Co组成的粘结剂相结合而获得。硬质合金包括质量百分比为2.0～8.0％的Co，0.10～0.90％的V和0.06～0.80％的Cr，其中V含量与Co含量(V/Co)的质量比为0.05～0.12，Cr含量和Co含量(Cr/Co)为0.03～0.10，V含量与Cr含量的总量与Co含量(V+Cr)/Co之间的质量比为0.11～0.20，V含量和Cr含量(V/Cr)为1.10～1.90，最大粒径≤0.3μm(不包括零)，具有V浓缩相分散的结构。该专利技术中WC的粒径≤0.3μm。日本专利JP20120508429(申请日2010.04.26)涉及一种硬质合金，其通过均匀地细化合金中的WC以及通过有效地抑制粗WC的长大，从而提供一种具有优异强度和韧性的硬质合金。在该硬质合金中，平均粒径不超过0.3微米的WC作为硬质相，含量为5.5-15质量％的至少一种铁族金属元素作为粘结相。除了硬质相和粘结相以外，该硬质合金中还含有0.005-0.06质量％的Ti，与粘结相的重量比为至少0.04并且不超过0.2的Cr，以及由不可避免的杂质构成的其余部分。特别的是，该硬质合金不含Ta。中国专利技术专利201810413277.5公开了一种硬质合金，其包括：5-10wt％的钴、0.5-1.5wt％的碳化铬和余量的碳化钨，碳化钨包括非片状碳化钨晶粒和片状晶碳化钨，其中片状晶碳化钨占总硬质合金质量18-40wt％。该专利技术提供的硬质合金中含有合适量的片状晶碳化钨，可以在相当硬度的条件下，大幅度提高合金的抗粘着磨损性能，将其用作不锈钢线材轧制用辊环，可实现不锈钢线材轧制吨位的30％的提升。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种硬质合金及其制备方法和应用，该硬质合金中WC的平均晶粒度达到0.6-1.0μm，硬度HV30为1900-2100，抗弯强度不小于3000MPa，断裂韧性在8.6-9.5MPam1/2之间，弹性模量为630-670GPa，应用该合金棒材制成的PCB钻头兼具一定强度和良好的耐磨性，刚性与韧性，在直径0.4-1.0mm的PCB钻针应用领域，特别是在耐磨性和孔位精度有要求高的工况下有较好的应用。本专利技术第一方面提供一种硬质合金，包括如下组分，a)、钴2.5-6wt％；b)、碳化铬0.2-0.6wt％；c)、碳化钨余量；其中，所述碳化钨的平均晶粒度为0.6-1.0μm。根据本专利技术的一些实施方式，所述碳化钨的平均晶粒度为0.8-1.0μm。根据本专利技术的一些实施方式，所述钴的含量为2.5-5.5wt％，例如2.5wt％，3.0wt％，3.5wt％，4.0wt％，4.5wt％，5.0wt％，5.5wt％以及它们之间的任意范围；优选为2.5-5.0wt％，更优选为3.0-5.0wt％。根据本专利技术的一些实施方式，所述碳化铬的含量为0.2-0.5wt％，例如0.2wt％，0.25wt％，0.3wt％，0.35wt％，0.4wt％，0.45wt％，0.5wt％以及它们之间的任意范围；优选为0.24-0.45wt％。根据本专利技术的一些实施方式，所述碳化钨的晶粒度为0.6-1.0μm，例如0.6μm、0.65μm、0.7μm、0.75μm、0.8μm、0.85μm、0.9μm、0.95μm、1.0μm以及它们之间的任意范围；优选为0.8-1.0μm。本专利技术第二方面提供一种硬质合金的制备方法，包括如下步骤：1)、将钴粉末、碳化铬粉末和碳化钨粉末混合并研磨，得到混合粉体；2)、将混合粉体干燥、成型、烧结和冷却，得到所述硬质合金。根据本专利技术的一些实施方式，步骤1)中所述钴的费氏粒度小于1μm，例如0.9μm、0.8μm、0.7μm、0.6μm、0.5μm、0.4μm、0.3μm、0.2μm、0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硬质合金，包括如下组分：/na)、钴2.5-6wt％；/nb)、碳化铬0.2-0.6wt％；/nc)、碳化钨余量；/n其中，所述碳化钨的平均晶粒度为0.6-1.0μm，优选为0.8-1.0μm。/n

【技术特征摘要】
1.一种硬质合金，包括如下组分：
a)、钴2.5-6wt％；
b)、碳化铬0.2-0.6wt％；
c)、碳化钨余量；
其中，所述碳化钨的平均晶粒度为0.6-1.0μm，优选为0.8-1.0μm。


2.根据权利要求1所述的硬质合金，其特征在于，所述钴的含量为2.5-5.5wt％，优选为2.5-5.0wt％，更优选为3.0-5.0wt％；所述碳化铬的含量为0.2-0.5wt％，优选为0.24-0.45wt％。


3.一种权利要求1或2所述的硬质合金的制备方法，包括如下步骤：
1)、将钴粉末、碳化铬粉末和碳化钨粉末混合并研磨，得到混合粉体；
2)、将混合粉体干燥、成型、烧结和冷却，得到所述硬质合金。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述钴粉末的费氏粒度小于1μm，优选地，小于0.9μm；所述碳化铬粉末的费氏粒度小于1μm，优选地，小于0.9μm；所述碳化钨粉末的费氏粒度为0.5-0.8μm，优选为0.6-0.8μm。


5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，控制各种原料的碳平衡为+0.05至+0.15％，优选为+0.09至+0.12％；所述研磨为湿磨，湿磨介质选自无水酒精、丙酮、己烷和去离子水中的一种或多种；优选地，所述湿磨介质为无水酒精或丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾瑞霖，龙宁华，
申请(专利权)人：株洲硬质合金集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43