一种WC-Ni硬质合金的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种WC‑Ni硬质合金的制备方法，属于粉末冶金技术领域，本发明专利技术以WC粉末为硬质相，NiCl

A preparation method of WC Ni cemented carbide

【技术实现步骤摘要】
一种WC-Ni硬质合金的制备方法
本专利技术涉及粉末冶金
，尤其涉及一种WC-Ni硬质合金的制备方法。
技术介绍
为了克服碳化钨材料的低烧结性和硬脆性，通常在碳化钨颗粒之间加入Co、Fe等烧结助剂，从而提高碳化钨硬质合金的致密度和韧性。其中，金属钴是WC基硬质合金中应用最为广泛的金属粘接剂，因为金属Co具有优异的润湿性，可以降低烧结温度，并能提高材料的烧结密度和韧性。但是，金属Co的加入，会使WC硬质合金材料硬度、耐磨性以及抗氧化性能下降；另外，由于金属Co与WC基体的热膨胀系数不一样，因而会造成热应力，从而极大限制了WC-Co硬质合金在工业领域的应用；并且金属Co储量少，价格高昂，所以不能大范围的使用。因此越来越多的研究者努力地寻找能够代替金属Co作为新的粘接剂，以解决前述的Co作为粘接剂存在的使WC硬质合金材料硬度、耐磨性以及抗氧化性能下降、造成应力、成本高昂等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的，就在于提供一种WC-Ni硬质合金的制备方法，以解决上述问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是这样的：一种WC-Ni硬质合金的制备方法，依次包括以下步骤：(1)配料：称量原料，所述原料包括WC粉末、NiCl2·6H2O和石墨粉末；(2)球磨混料：将步骤(1)称量好后的粉料放入球磨装置进行球磨混料，混料后干燥，得到干燥的球磨粉末；(3)冷等静压成型：将步骤(2)得到的干燥好的粉末进行冷等静压成型，得到生坯；(4)真空无压烧结：将步骤(3)所得到的生坯放入真空烧结炉内，进行真空无压烧结；(5)热等静压处理：将步骤(4)真空烧结后的样品，进行热等静压处理，即得。大量研究表明，金属Ni代替金属Co作为粘接剂应用到WC硬质合金的烧结中，较好改善了WC硬质合金的耐腐蚀性和抗氧化性。研究表明，与WC-Co硬质合金相比，WC-Ni硬质合金具有较高的抗腐蚀性和抗氧化性。金属Ni作为WC基材料的粘接剂，可以有效的降低WC材料的烧结难度，并且可以将金属Ni含量降到很低。这是因为在烧结过程中，Ni容易产生液相，液相Ni对WC有很好的润湿性，这就使得Ni容易附着在WC颗粒上，随着液相Ni吸附过程的产生，也使得周围WC颗粒容易聚集在一起，从而加速WC基材料的致密化。另外在真空烧结条件下WC-Ni硬质合金中，液相Ni随着烧结温度的升高，其在WC颗粒中流动性提高，加速推动了WC颗粒的移动，并均匀的分布在WC颗粒周围，从而加快了致密化，得到几乎完全致密化的WC-Ni硬质合金材料。并在实际工业生产中金属Ni比金属Co成本更低，并且金属Ni的存储量更大，所以用Ni代替Co作为硬质合金的粘接相是较好的选择。本专利技术的专利技术人通过大量试验证明，以NiCl2·6H2O形式添加的Ni金属，对于WC硬质合金相关性能改善的效果更佳。WC-Ni合金已经有大量报道，但是还有没有以NiCl2·6H2O形式添加的粘接相的报道，目前一般都是要添加除Ni以外的其他金属，以提高合金的力学性能，而本专利技术创新性的采用NiCl2·6H2O形式添加的Ni粘接相，而无需额外添加其他金属，简化了成分降低了成本的同时，这也避免了镍池的出现。比如中国专利申请CN201410692047，公布了一种WC-Ni细晶硬质合金的制备方法，但其没有采用热等静压烧结和真空烧结，而是采用热压烧结。本专利技术的真空烧结，然后热等静压处理的工艺，对于碳化钨陶瓷的制备具有重要意义，能制备出形状复杂产品，无包套处理技术也大大降低了热等静压处理的复杂程度和成本，可实现大批量工业生产。作为优选的技术方案：步骤(1)中，WC粉末与Ni的质量比为(99-99.75)：(0.25-1)。即将NiCl2·6H2O换算成以Ni计的量。作为优选的技术方案：步骤(1)中，Ni与石墨粉末的摩尔比为1：(1-5)。作为优选的技术方案：步骤(1)中，WC粉末的粒度为0.05μm-100μm。作为优选的技术方案：步骤(2)中，球磨时，加入叔丁醇作为混料介质。作为优选的技术方案：步骤(2)中，所述球磨装置为行星球磨机；球料比为(3-5)：1，研磨球为硬质合金球，以200-300r/min的速度在球磨机中球磨混料2-3h。作为优选的技术方案：步骤(2)中，干燥方式为冷冻干燥，干燥时间为24-36h。作为优选的技术方案：步骤(3)中，加压至100-150MPa。作为优选的技术方案：步骤(4)中，真空烧结的温度为1400℃-2000℃，升温速率为10℃/min，烧结时间为30min-200min。作为优选的技术方案：步骤(5)中，热等静压处理的温度为1400℃-1800℃，升温速率为10℃/min，以氩气为介质加压至80MPa，处理时间为30min-400min。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、以Ni取代Co作为WC硬质合金的烧结助剂，可以避免因Co作为粘接剂而降低WC硬质合金的硬度、抗氧化性和耐磨性，并且可以避免因WC和Co热膨胀数的差异，产生的热应力，从而可以扩大其在工业中的应用，从而满足当前高精度、高质量和高效生产等发展需求；并且，本专利技术的Ni使用量低，在WC-Ni合金中的质量百分含量仅为0.25-1％；2、致密度高：本专利技术可以以商业购买的WC粉体为原料，NiCl2·6H2O在高温下分解并被石墨还原得到Ni，得到高活性、弥散分布的粘接剂Ni，通过真空无压烧结+热等静压处理可获得WC-Ni硬质合金，所制备的块体的致密度可以达到100％；3、形状复杂化：本专利技术采用真空无压烧结，无需加载压力，可制备形状复杂的产品，无包套处理技术也大大降低了热等静压处理的复杂程度和成本，可实现大批量工业生产；4、力学性能好：所制备的WC-Ni硬质合金，硬度最高可达到23.9GPa左右，断裂韧性最高可达到5.76MPa·m1/2，弯曲强度最高可达到1809.10MPa，满足硬质合金材料的机械性能要求。附图说明图1为实施例1-6所得试样的XRD衍射图谱。图2为实施例6试样的表面形貌和能谱分析信息图。图3为实施例4试样的TEM形貌图。图4为实施例1-6试样的相对致密度随Ni含量变化图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步的详细描述。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
技术实现思路
所实现的技术均属于本专利技术的范围。本专利技术实施例中涉及的WC粉末和NiCl2·6H2O粉末均是从市场上购买得到，WC粉末的粒径为0.57μm，NiCl2·6H2O粉末为分析纯，含量≥98.0(％)。实施例1准确称取WC、NiCl2·6H2O(质量比WC:Ni＝99.75:0.25)和石墨原料粉末(摩尔比Ni:石墨＝1:2.5)；将称量好后的粉料放入球磨罐，加入适量叔丁醇作为混料介质，球料比为5：1，研磨球为硬质合金球，以200r/min的速度在球磨机中球磨混料3h。之后进行冷冻干本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种WC-Ni硬质合金的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：/n(1)配料：称量原料，所述原料包括WC粉末、NiCl

【技术特征摘要】
1.一种WC-Ni硬质合金的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
(1)配料：称量原料，所述原料包括WC粉末、NiCl2·6H2O和石墨粉末；
(2)球磨混料：将步骤(1)称量好后的粉料放入球磨装置进行球磨混料，混料后干燥，得到干燥的球磨粉末；
(3)冷等静压成型：将步骤(2)得到的干燥好的粉末进行冷等静压成型，得到生坯；
(4)真空无压烧结：将步骤(3)所得到的生坯放入真空烧结炉内，进行真空无压烧结；
(5)热等静压处理：将步骤(4)真空烧结后的样品，进行热等静压处理，即得。


2.根据权利要求1所述的WC-Ni硬质合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，WC粉末与Ni的质量比为(99-99.75)：(0.25-1)。


3.根据权利要求1所述的WC-Ni硬质合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，Ni与石墨粉末的摩尔比为1：(1-5)。


4.根据权利要求1所述的WC-Ni硬质合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，WC粉末的粒度为0.05μm-10...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋小松，吕星星，张亚丽，谌金梅，高奇，孙红亮，邵甄胰，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51