一种硬质合金复合材料及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种新型的硬质合金复合材料及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：1)准备碳化钨基硬质合金粉末原料；2)准备碳氮化物基金属陶瓷粉末原料；3)将所述碳化钨基硬质合金粉末原料和碳氮化物基金属陶瓷粉末原料置于模具中层压成型，以得到成型体；4)将所述成型体在氮气保护条件下进行热压烧结，以得到硬质合金复合材料。本发明专利技术制造方法得到的硬质合金复合材料，具有优异的烧结密度，并且兼具了碳化钨硬质合金和碳氮化钛金属陶瓷的强韧性，具有优异的耐冲击性能和抗磨损性能，适用于使用条件苛刻的切削工具的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种硬质合金复合材料及其制造方法
本专利技术涉及硬质合金的
，尤其是一种由硬质合金复合而成的硬质合金复合材料及其制造方法。
技术介绍
切削用刀具是装备制造工业的基础，而随着我国装备制造工业朝着高精度、高速切削、绿色干式切削以及降低成本等方向的不断发展，人们对于刀具也提出了越来越高的要求。而决定刀具在切削加工中效率、精度、切削表面质量的关键因素无疑是制造刀具用的材料。硬质合金材料因其具有的高硬度、高强度、良好的高温性能和优秀的耐磨性能，被广泛应用于刀具、模具等各种高抗磨损工业
传统的硬质合金一般利用粉末冶金技术制备得到，具体是以高硬度难熔金属的碳化物如WC为主相成分，并加入Co或Ni等粘结相，压制成型后经烧结而成。然而由于Co在世界范围的储量都十分有限，是国家稀缺战略物资，加之世界工业发展对其需求量日益增大，导致Co的价格越来越高而极大地增加了硬质合金的生产成本。作为传统的WC-Co硬质合金的替代，Ti(C，N)基金属陶瓷则是一类以Ti(C，N)粉或TiC与TiN的混合粉为硬质相主要原料，以Co或Ni等为粘接相原料，且通常还加入有WC、TaC、NbC、Mo2C、VC、Cr3C2等过渡族金属碳化物为添加剂经过粉碎、混合、压制、烧结所形成的复合材料，来用于制造切削工具。与传统的WC-Co硬质合金相比，Ti(C，N)基金属陶瓷具有高的红硬性、高的高温抗氧化性能、高的热导率等优势，这些性能使得Ti(C，N)基金属陶瓷更适于进行高速切削和对材料的精加工和半精加工，但是，Ti(C，N)基金属陶瓷的强韧性却比WC-Co硬质合金低，而较低的强韧性使得Ti(C，N)基金属陶瓷在刀具使用过程中非常容易出现崩刃等问题而缩短了刀具的使用寿命，从而极大地限制了它作为刀具材料的应用。如何利用传统的WC-Co硬质合金和Ti(C，N)基金属陶瓷各自的优势，而尽量避免他们的劣势，开发一种复合的硬质合金烧结材料，从而提高刀具的切削性能和使用寿命，具有重要的研究意义和广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的即在于提供一种新型的硬质合金复合材料及其制备方法，本专利技术的硬质合金复合材料的制备方法具体包括以下步骤：1)准备碳化钨基硬质合金粉末原料；2)准备碳氮化物基金属陶瓷粉末原料；3)将所述碳化钨基硬质合金粉末原料和碳氮化物基金属陶瓷粉末原料置于模具中层压成型，以得到成型体；4)将所述成型体在氮气保护条件下进行热压烧结，以得到硬质合金复合材料。进一步优选的，所述碳化钨基硬质合金粉末原料中，碳化钨的含量为70.0-80.0vol.％、碳氮化物的含量为5.0-10.0vol.％、粘结相的含量为15.0-20.0vol.％；同时，碳化钨的粒径为0.3-0.5μm、碳氮化物的粒径为0.1-0.4μm。进一步优选的，所述碳氮化物为含有Ti和W的复合碳氮化物，并且氮原子含量与(氮原子含量+碳原子含量)的比值在0.2-0.4范围内；同时，所述粘结相中Co的含量60-70wt.％，Ni的含量20-25wt.％，Cr的含量为8-12wt.％，余量为Ti、W、Mo的至少一种。进一步优选的，所述备碳氮化物基金属陶瓷粉末，由以下百分含量的粉末原料混合制得，5-10wt.％粒径在1.0μm以下的Co，2-5wt.％粒径在2.5μm以下的Ni，10-15wt.％粒径在2.0μm以下的碳化钨，5-10wt.％粒径在2.0μm以下的钼，余量为1.0-2.0μm的碳氮化钛。进一步优选的，所述混合制得，是将上述粉末原料先装入球磨罐中，按照球料比6:1装入磨球，并倒入乙醇溶剂进行球磨处理。进一步优选的，所述球磨处理为分段处理，第一段采用5-10mm直径的大磨球，球磨处理时间为0.5-1小时，第二段采用小直径的小磨球，球磨处理时间为1-5小时，并且小磨球与大磨球的直径比为0.10-0.15。进一步优选的，所述热压烧结，是先将成型体以4-5℃/min的升温速度从室温加热至480-500℃，以脱除成型剂，随后在0.1kPa以下的真空条件下以8-10℃/min的升温速度升温至1220-1250℃，随后以25-30℃/min的升温速度升温至1300-1350℃，随后在1.3kPa的氮气保护条件随后以2-5℃/min的升温速度升温至1420-1450℃，随后继续烧结0.5-1小时。本专利技术的目的还在于提供一种由上述硬质合金复合材料制备而成的切削用刀具产品。本专利技术相比于现有的硬质合金产品，具有以下的优点：1、通过碳化钨基硬质合金与碳氮化物基金属陶瓷的复合，发挥其各自的优势，从而获得了优异的强韧性配合。2、通过优化碳化钨基硬质合金中的组分含量组成，并且控制碳化钨和碳氮化物的粒径尺寸，提高了碳化钨基硬质合金的致密度，获得了耐磨性、耐冲击性、韧性都非常优异的碳化钨基硬质合金。3、通过优化碳氮化物基金属陶瓷中的组分含量组成，并且粉末的制备工艺，获得了碳氮化物硬质相与结合相界面间更好的结合力，从而显著了提高了碳氮化物基金属陶瓷的强韧性，从而提高复合材料的性能和使用寿命。4、通过优化烧结工艺，提高了烧结复合材料的致密度和产品性能。本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中详细阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者，部分特征和优点可以从说明书中推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本申请实施例了解。具体实施方式实施例1(1)准备碳化钨基硬质合金粉末原料，其中，所述碳化钨基硬质合金粉末原料中，碳化钨的含量为75.0vol.％、碳氮化物的含量为8.0vol.％、粘结相的含量为17.0vol.％；同时，碳化钨的平均粒径约为0.4μm、碳氮化物的平均粒径约为0.3μm；其中，所述碳氮化物为含有Ti和W的复合碳氮化物，并且氮原子含量与(氮原子含量+碳原子含量)的比值为0.3；其中，所述粘结相中Co的含量65wt.％，Ni的含量20wt.％，Cr的含量为10wt.％，Mo的含量5wt.％。(2)准备碳氮化物基金属陶瓷粉末原料，其中，所述备碳氮化物基金属陶瓷粉末原料，由以下百分含量的粉末原料混合制得，8wt.％粒径在1.0μm以下的Co，3wt.％粒径在2.5μm以下的Ni，12wt.％粒径在2.0μm以下的碳化钨，7wt.％粒径在2.0μm以下的钼，70％粒径1.5μm的碳氮化钛；具体是，先准备好将上述粉末原料先装入球磨罐中，按照球料比6:1装入磨球，并倒入乙醇溶剂进行球磨处理；球磨处理为分段处理，第一段采用8mm直径的大磨球，球磨处理时间为1小时，第二段采用1mm直径的小磨球，球磨处理时间为4小时，随后加热干燥。(3)将(1)中的碳化钨基硬质合金粉末原料和(2)中的碳氮化物基金属陶瓷粉末原料均加入石蜡油成型剂后置于模具，施加150MPa的压力层压成型，以得到碳氮化物基金属陶瓷为中间层基体、上下两侧为碳化钨基硬质合金表面层的成型体，其中两层碳化钨基硬质合金层各为成型体总厚度的0.2倍。(4)将成型体以5℃/min的升本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型的硬质合金复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：/n1)准备碳化钨基硬质合金粉末原料；/n2)准备碳氮化物基金属陶瓷粉末原料；/n3)将所述碳化钨基硬质合金粉末原料和碳氮化物基金属陶瓷粉末原料置于模具中层压成型，以得到成型体；/n4)将所述成型体在氮气保护条件下进行热压烧结，以得到硬质合金复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型的硬质合金复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)准备碳化钨基硬质合金粉末原料；
2)准备碳氮化物基金属陶瓷粉末原料；
3)将所述碳化钨基硬质合金粉末原料和碳氮化物基金属陶瓷粉末原料置于模具中层压成型，以得到成型体；
4)将所述成型体在氮气保护条件下进行热压烧结，以得到硬质合金复合材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述碳化钨基硬质合金粉末原料中，碳化钨的含量为70.0-80.0vol.％、碳氮化物的含量为5.0-10.0vol.％、粘结相的含量为15.0-20.0vol.％；同时，碳化钨的粒径为0.3-0.5μm、碳氮化物的粒径为0.1-0.4μm。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
所述碳氮化物为含有Ti和W的复合碳氮化物，并且氮原子含量与(氮原子含量+碳原子含量)的比值在0.2-0.4范围内；同时，所述粘结相中Co的含量60-70wt.％，Ni的含量20-25wt.％，Cr的含量为8-12wt.％，余量为Ti、W、Mo的至少一种。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述备碳氮化物基金属陶瓷粉末，由以下百分含量的粉末原料混合制得，5-10wt.％粒径在1.0μm以下的Co，2-5wt.％粒径在2.5μm以下的Ni，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李翠芝，
申请(专利权)人：宁波革创新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33