一种表层富立方相的双层结构硬质合金及其制备方法技术

本发明专利技术属于合金材料技术领域，具体涉及一种表层富立方相的双层结构硬质合金及其制备方法。本发明专利技术表层富立方相的双层结构硬质合金包括以下成分及其质量百分数：碳化钛4‑6％、钴6‑10％、碳化钒0.1‑1.0％、钪0.1‑1.0％、碳化钨82‑89.8％，通过球磨、干燥、制粒、压坯和低压高温烧结等一系列工艺步骤制成。本发明专利技术提供的表层富立方相的双层结构硬质合金通过在配方中添加稀土金属钪，大大提高了氮气在金属粘结相的溶解度，增加了硬质合金表层富立方相的厚度，使其具有优异的耐磨性；通过控制低温烧结过程中的升温速率，减少缺陷生成，使得合金结构致密，更加适用于工业应用。

A double layer cemented carbide with rich cubic phase on the surface and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种表层富立方相的双层结构硬质合金及其制备方法
本专利技术属于合金材料
，具体涉及一种表层富立方相的双层结构硬质合金及其制备方法。
技术介绍
WC-Co硬质合金具有硬度高、耐磨性好、红硬性高且化学性能稳定等一系列优良特性，已广泛应用于机械加工、模具成型、凿岩采矿、石油勘测和建筑工具等领域。传统硬质合金是由均匀分布的碳化物陶瓷相骨架与金属粘结相交错形成的复合材料。通常情况下，当陶瓷硬质相的含量比例提高时，有助于硬度、耐磨性以及耐高温性能的改善，但同时会造成韧性的降低；反之当金属粘结相的含量比例提高时，则会出现相反的力学性能变化规律。这使得宏观结构均匀的硬质合金都会存在无法同时提升耐磨性和断裂韧性的巨大局限性，然而梯度结构硬质合金则能在表层空间尺度上实现对硬质相或粘结相的梯度变化分布，实现对其表面性能自由的调节，赋予硬质合金不同力学性能的相互匹配，从而提高硬质合金工具的使用寿命和满足工业应用不断发展的现状。目前，梯度硬质合金的制备方法主要包括表面渗碳与表面渗氮两种方法。中国专利CN106987752B公开了一种表面渗碳的梯度硬脂合金的制备方法，该方法通过球磨、过滤、干燥、掺成型剂、压制成型制得硬脂合金生坯，然后配置含氢渗碳介质，将生胚装填在含氢渗碳介质中，在真空烧结炉中1350-1500℃保温1-2h，使碳元素由含氢渗碳介质向硬质合金表面扩散，形成表面渗碳层，最终实现表面渗碳的梯度硬质合金。此种梯度硬脂合金表面的碳层分布并不均匀，且碳层较薄，达不到预想的使用效果。中国专利CN102134660B公开了一种表面富立方相的功能梯度硬质合金及其制备方法，此制备方法采用碳化钨、复式碳化物、碳氮化钛和钴为原料，按照一定配比混合，采用粉末冶金工艺模压成型，然后在低压炉中通过控制温度和氮气压力进行制备，但是制成硬质合金表面的富立方相表层很薄，达不到工业用的价值。对于表面渗碳技术，表面渗氮可以制备表面富立方相(Ti(CN))的特殊结构梯度硬质合金，可以更大程度提升硬质合金的耐磨性和断裂韧性。由于氮气在金属粘结相中的溶解度很低，使得渗氮的效果不够理想，所能得到的富立方相表层都很薄难以具有工业应用价值。综上所述，现有技术中存在渗氮效果不理想、结构梯度硬质合金表层薄等技术难题。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种表层富立方相的双层结构硬质合金及其制备方法，应用本方法制得的表层富立方相的双层结构硬质合金表层富立方相(Ti(CN))的厚度可以达到2mm，满足工业应用的需求，且本专利技术制备过程中对原有设备和工艺的改变不大，无需新的设备即可制得性能优良的硬质合金，适用于工业化生产。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种表层富立方相的双层结构硬质合金包括以下成分及其质量百分数：碳化钛4-6％、钴6-10％、碳化钒0.1-1.0％、钪0.1-1.0％，碳化钨82-89.8％。进一步的，所述表层富立方相的双层结构硬质合金包括以下成分及其质量百分数：碳化钛5％、钴8％、碳化钒0.5％、钪0.5％，碳化钨86％。进一步的，所述表层富立方相的双层结构硬质合金原料中各组分的粒径为：碳化钛0.8-1μm、钴1.0μm、碳化钒1.0μm、钪1.0μm、碳化钨0.2-2.5μm。本专利技术还提供了所述表层富立方相的双层结构硬质合金的制备方法，具体包括以下步骤：S1、按配方量称取碳化钛、钴、碳化钒、钪和碳化钨，混合均匀后加入球磨介质并置于球磨机中进行球磨，制得湿混合料A；S2、将步骤S1制得的湿混合料A装入真空干燥器中干燥1.5-2h，进行球磨介质回收，然后用冷冻水进行循环冷却，过200目筛，制得混合料B；S3、将步骤S2制得的混合料B在密封的状态下进行掺蜡、研磨制粒，制得混合料C；S4、将步骤S3制得的混合料C在压力为100-200Mpa下压制成压坯；S5、将步骤S4制得的压坯进行低压高温烧结，即得。进一步的，所述表层富立方相的双层结构硬质合金的制备方法步骤S1中所述球磨介质为无水酒精97.5-99.2Wt％、油酸0.8-2.5Wt％；球磨机中液固比为300-425mL/kg，球料比为1.5-3.5:1；球磨机转速控制在60-90r/min，球磨时间为12-24h。进一步的，所述表层富立方相的双层结构硬质合金的制备方法步骤S5中所述低压高温烧结的具体工艺为：(1)装料，抽真空；(2)升温至700-900℃进行脱蜡和预烧结，保温1-3h；(3)继续升温至1400-1450℃进行高温液相烧结，保温0.5-1h；(4)继续升温至1550℃，然后充入氮气进行加压渗氮烧结，压力控制在4Mpa，保温加压2-3h；(5)降压后自然冷却，开炉卸料。进一步的，所述表层富立方相的双层结构硬质合金的制备方法步骤S5中所述低压高温烧结过程中控制升温速率为5℃/min。本专利技术表层富立方相的双层结构硬质合金表面的微观结构从外到内包括合金富立方相表层、合金过度层和合金内部层，其中富含立方相的表层能够提升硬脂合金的耐磨性，合金过渡层富含钴，能够提升硬质合金的断裂韧性。通过在硬质合金的配方中加入稀土元素钪，大大提高了氮气在金属粘结相的溶解度，从而增加了制得的硬质合金表层富立方相的厚度，优化了硬质合金的性能。与现有技术相比，本专利技术提供的表层富立方相的双层结构硬质合金，具有如下优点：1)本专利技术提供的表层富立方相的双层结构硬质合金，氮气在金属粘结相的溶解性好，制备出的表层富立方相厚度达到2mm，具有广泛的工业应用价值；2)本专利技术提供的表层富立方相的双层结构硬质合金的富立方相表层具有优异的耐磨性，合金过度层富含钴，使得硬质合金具有优良的断裂韧性；3)本专利技术提供的表层富立方相的双层结构硬质合金在烧结过程中升温速率较慢，使得合金结构致密，缺陷较少，更加适用于工业应用。附图说明图1为本专利技术表层富立方相的双层结构硬质合金结构图；图2为本专利技术实施例1与对比例1制得的硬质合金的截面显微结构；图3为本专利技术实施例1与对比例1制得的硬质合金在不同切削速度下的磨损形貌。具体实施方式以下通过具体实施方式进一步描述本专利技术，但本专利技术不仅仅限于以下实施例。本领域技术人员根据本专利技术的基本思路，可以做出各种修改，但是只要不脱离本专利技术的基本思想，均在本专利技术的范围之内。本实施方式分别用本专利技术的方法和现有技术制备钴、钛含量相同的表层富立方相的双层结构硬质合金，然后对它们的物理性能和切削性能进行测试。本实施方式按照已准备的试验方案，准确称量各组分，称量精度在0.01g范围。实施例1、一种表层富立方相的双层结构硬质合金所述表层富立方相的双层结构硬质合金包括以下成分及其质量百分数：碳化钛5％、钴8％、碳化钒0.5％、钪0.5％，碳化钨86％；所述表层富立方相的双层结构硬质合金原料中各组分的粒径均为1μm，表示为WC-8Co-5TiC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表层富立方相的双层结构硬质合金，其特征在于，包括以下成分及其质量百分数：碳化钛4-6％、钴6-10％、碳化钒0.1-1.0％、钪0.1-1.0％，碳化钨82-89.8％。/n

【技术特征摘要】
1.一种表层富立方相的双层结构硬质合金，其特征在于，包括以下成分及其质量百分数：碳化钛4-6％、钴6-10％、碳化钒0.1-1.0％、钪0.1-1.0％，碳化钨82-89.8％。


2.根据权利要求1所述的表层富立方相的双层结构硬质合金，其特征在于，包括以下成分及其质量百分数：碳化钛5％、钴8％、碳化钒0.5％、钪0.5％，碳化钨86％。


3.根据权利要求1或2所述的表层富立方相的双层结构硬质合金，其特征在于，原料中各组分的粒径为：碳化钛0.8-1μm、钴1.0μm、碳化钒1.0μm、钪1.0μm、碳化钨0.2-2.5μm。


4.一种根据权利要求1-3任一所述的表层富立方相的双层结构硬质合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按配方量称取碳化钛、钴、碳化钒、钪和碳化钨，混合均匀后加入球磨介质并置于球磨机中进行球磨，制得湿混合料A；
S2、将步骤S1制得的湿混合料A装入真空干燥器中干燥1.5-2h，进行球磨介质回收，然后用冷冻水进行循环冷却，过200目筛，制得混合料B；
S3、将步骤S2制得的混合料B在密封的状态下进行掺蜡、研磨制粒，制得混合料C；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶惠明，叶少良，诸优明，叶戈，郭海，
申请(专利权)人：广东正信硬质材料技术研发有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44