一种双晶WC结构硬质合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种双晶WC结构硬质合金及其制备方法，属于硬质合金制备技术领域，所述双晶WC结构硬质合金包括85～94wt％WC，4～15wt％Co，0～1.5wt％VC粉，0～0.5wt％Cr

A bicrystal WC structure cemented carbide and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种双晶WC结构硬质合金及其制备方法方法领域本专利技术属于硬质合金制备
，具体是一种双晶WC结构硬质合金及其制备方法。背景方法WC～Co硬质合金是以具有高硬度、高耐磨性、高熔点的WC相为基体，具有良好润湿性和高韧性的Co金属为粘结相而制成的一种合金材料，其因高的硬度、耐磨性和横向断裂强度，在切削工具、模具、矿山工具及耐磨零部件等领域获得广泛应用。随着现代科学技术的发展，市场对硬质合金的品种、质量以及成本方面的要求也越来越高，因此兼具高硬度、高韧性“双高”性能的硬质合金一直是广大科研工作者的研究热点。通常制备高硬度、高耐磨性的硬质合金都是以牺牲断裂韧性为代价达到的。合金组织结构愈细，硬度、耐磨性愈好，而强度韧性随之降低；反之亦然，合金组织结构愈粗，抗弯强度、抗冲击性能愈好，硬度耐磨性能相应降低。而硬质相WC晶粒粗细搭配制取的双晶及多晶硬质合金可同时兼具高强度、高韧性和高耐磨性能等优良综合性能。目前，非均匀结构硬质合金制备技术的开发已有一定的基础。传统的制备双晶硬质合金的方法是将一定比例的亚微米尺度WC粉和微米尺度WC粉与Co粉混合进行球磨，随后压制烧结得到双晶硬质合金块体；或者以超细WC粉和Co粉为原料进行高能球磨，赋予混合粉高的活化能，促使压胚中WC晶粒在烧结时大量长大，以获得双晶组织结构硬质合金块体。这些制备方法中普遍存在WC晶粒容易快速生长导致粗大晶粒的数量和尺寸难以控制，且可能出现脱碳和Co池等组织缺陷，使得硬质合金块体的强度、耐磨性和断裂韧性不能达到要求。专利号为CN102212731A的专利技术专利公开了一种兼具高强度和高韧性的双晶硬质合金的工业化制备方法，其按照双晶成分配比，将WO2.9、Co3O4和炭黑进行球磨混合、冷压成坯块，利用原位反应合成方法调控相应参数制备出双晶WC～Co硬质合金。专利号为CN107267836A的专利技术专利公开了一种兼高强度、高韧性和高耐腐蚀性的双晶硬质合金制备方法。上述两种方案适当达到了提高性能的目的，但相对于传统均匀的硬质合金产品而言，其原料成本没有降低，甚至会提高，产品性价比提高幅度不明显。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的双晶硬质合金不能兼顾低成本和高横向断裂强度、高耐磨性和优异断裂韧性的缺陷，本专利技术的目的是提供一种工艺简单、成本低廉、组织结构整体均匀易于控制，兼具高抗弯强度、高耐磨性和优异断裂韧性的双晶结构硬质合金及其制备方法。一种双晶WC结构硬质合金，所述双晶WC结构硬质合金包括85～94wt％WC，4～15wt％Co，0～1.5wt％VC粉，0～0.5wt％Cr2C3粉，所述双晶WC结构硬质合金具有典型的双峰晶粒度分布形态，WC包括两种或三种晶粒度级别。本申请的技术方案中，选择两种或三种不同晶粒度级别的WC进行匹配，使制备的双晶结构硬质合金晶粒分布双峰特征明显，粗细晶粒分布整体均匀，致密度高，且该粒度细WC粉和粗WC粉在工业生产使用较多，原料制备技术成熟，成本相对低廉；本申请的制备方法采用不同球料比两段式球磨使得更易于调控合金组织结构和综合性能，可在提高合金断裂韧性同时不降低硬度、耐磨性和抗弯强度，同时采用氢气保护烧结、真空脱蜡真空烧结、氢气脱蜡分压烧结、加压烧结工艺均可烧结制备出综合性能良好的双晶结构硬质合金。优选的，具有典型的双峰晶粒度分布形态具体包括WC晶粒度一个峰小于0.5μm，颗粒百分比为15～45％，WC晶粒度另一个峰为0.6～1.8μm，颗粒百分比为50～85％。优选的，Co的晶粒度为0.8～1.2μm。优选的，WC包括两种晶粒度级别，具体为晶粒度小于0.5μm的WC占15～45wt％％的细WC粉，晶粒度为0.6～1.8μm的WC占50～85wt％的粗WC粉。优选的，WC包括两种晶粒度级别，具体为晶粒度为0.8～1.2μm的WC占15～45wt％的细WC粉，晶粒度为2.2～2.6μm或者4.0～4.8μm的WC占50～80wt％的粗WC粉。优选的，WC包括两种晶粒度级别，具体为晶粒度为2.2～2.6μm的WC占60～80％的细WC粉，晶粒度为9.0～10.0μm的WC占15～35％的粗WC粉。优选的，WC包括两种晶粒度级别，晶粒度为9.0～10.0μm的WC占15～30％的细WC粉，晶粒度为18.0～22.0μm或者27.0～30.0μm的WC占60～80％的粗WC粉。优选的，WC包括三种晶粒度级别，晶粒度为2.2～2.6μm的WC占15～20％的细WC粉，晶粒度为9.0～10.0μm的WC占25～30％的中粗WC粉，晶粒度为18.0～22.0μm或者27.0～30.0μm的WC占45～55％的粗WC粉。一种双晶WC结构硬质合金的制备方法，包括如下步骤：(1)按成分配方选取细WC粉，再加入Co粉，其中Co粉的量为细WC粉占细WC粉质量的4～15％，再取入分散剂、成型剂和湿磨介质，装入球磨桶内，按球料比3.0～8.0:1加入YG6X硬质合金球，球磨时间20～48h，得第一混合料浆；(2)将第一混合料浆过80～120目筛；(3)将过筛后的第一混合浆料置入真空干燥箱中干燥，得预磨混合料；(4)取步骤(3)所得预磨混合料，加入上述质量分数的粗WC粉、剩余Co粉，装入球磨桶中，加入分散剂、成型剂、上述质量分数的VC，上述质量分数的Cr2C3粉，再加入湿磨介质，按球料比1.0～5:1加入YG6X硬质合金球，球磨时间12～36h，得第二混合料浆；(5)将第二混合料浆过80～120目筛；(6)将过筛后的第二混合料浆置入干燥混合箱中干燥，干燥后得WC双晶粒度分布的混合料；(7)WC双晶粒度分布的混合料脱蜡或脱胶，脱蜡或脱胶烧结在真空或氢气条件下进行，真空度低于10Pa或氢气纯度高于99.995％，以3～5℃/min的速度从室温升至脱蜡或脱胶烧结温度，脱蜡或脱胶烧结温度为420～500℃，保持时间为1～3.5h；(8)WC双晶粒度分布的混合料脱蜡或脱胶后进行固相烧结，固相烧结的保温温度为1200～1330℃，保温时间为1～3h；(9)固相烧结后进行液相烧结，液相烧结温度为1390～1470℃，烧结保温时间为1～4h，同时通入1～10MPa的氩气气体，氩气气体纯度大于99.995％，其气压优选4～6MPa；(10)液相烧结保温完毕后，随炉冷却至室温获得双晶结构硬质合金块体。优选的，步骤(1)和步骤(4)中，分散剂为十二烷基苯璜酸、硬质酸或乙索敏中的一种，分散剂的质量百分比为0.2～0.5％，成型剂为橡胶、石蜡、或SBS中的一种，成型剂的质量百分比为1.8～3.5％，湿磨介质为已烷、聚乙烯醇或无水乙醇中的一种，湿磨介质的加入量为350～500ml/kg。优选的，步骤(3)和步骤(6)中，真空干燥时的温度为80～120℃，干燥时间1～2.5h。另一种双晶WC结构硬质合金的制备方法，包括如下步骤：(1)按上述质量分数，将各原料混合后加入步骤(1)中的分散剂、成型剂和湿磨介质，装入球磨桶内，按球本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双晶WC结构硬质合金，其特征在于，所述双晶WC结构硬质合金包括85～94wt％WC，4～15wt％Co，0～1.5wt％VC粉，0～0.5wt％Cr

【技术特征摘要】
1.一种双晶WC结构硬质合金，其特征在于，所述双晶WC结构硬质合金包括85～94wt％WC，4～15wt％Co，0～1.5wt％VC粉，0～0.5wt％Cr2C3粉，所述双晶WC结构硬质合金具有典型的双峰晶粒度分布形态，WC包括两种或三种晶粒度级别。


2.根据权利要求1所述的一种双晶WC结构硬质合金，其特征在于，具有典型的双峰晶粒度分布形态具体包括WC晶粒度一个峰小于0.5μm，颗粒百分比为15～45％，WC晶粒度另一个峰为0.6～1.8μm，颗粒百分比为50～85％。


3.根据权利要求1所述的一种双晶WC结构硬质合金，其特征在于，WC包括两种晶粒度级别，具体为晶粒度小于0.5μm的WC占15～45wt％％的细WC粉，晶粒度为0.6～1.8μm的WC占50～85wt％的粗WC粉。


4.根据权利要求1所述的一种双晶WC结构硬质合金，其特征在于，WC包括两种晶粒度级别，具体为晶粒度为0.8～1.2μm的WC占15～45wt％的细WC粉，晶粒度为2.2～2.6μm或者4.0～4.8μm的WC占50～80wt％的粗WC粉。


5.根据权利要求1所述的一种双晶WC结构硬质合金，其特征在于，WC包括两种晶粒度级别，具体为晶粒度为2.2～2.6μm的WC占60～80％的细WC粉，晶粒度为9.0～10.0μm的WC占15～35％的粗WC粉。


6.根据权利要求1所述的一种双晶WC结构硬质合金，其特征在于，WC包括两种晶粒度级别，晶粒度为9.0～10.0μm的WC占15～30％的细WC粉，晶粒度为18.0～22.0μm或者27.0～30.0μm的WC占60～80％的粗WC粉。


7.根据权利要求1所述的一种双晶WC结构硬质合金，其特征在于，WC包括三种晶粒度级别，晶粒度为2.2～2.6μm的WC占15～20％的细WC粉，晶粒度为9.0～10.0μm的WC占25～30％的中粗WC粉，晶粒度为18.0～22.0μm或者27.0～30.0μm的WC占45～55％的粗WC粉。


8.一种如权利要求1-8任一项所述的双晶WC结构硬质合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按成分配方选取细WC粉，再加...

【专利技术属性】
技术研发人员：董定乾，向新，杨伟，黄波，陈虹松，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：四川;51