碳均匀分布的含晶粒抑制元素的非均匀双晶硬质合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了碳均匀分布的含晶粒抑制元素的非均匀双晶硬质合金及其制备方法，包括：将碳、晶粒抑制元素均匀分布的氧化钨粉末、粗WC粉末、钴粉、石蜡按比例混合，所得混合物经球磨处理得到球磨混料；球磨混料经压制成型，所得造型体在惰性气氛下，升温至烧结温度，进行加压保温，即得产物。本发明专利技术碳均匀分布的含晶粒抑制元素的非均匀双晶硬质合金及其制备方法有效控制晶粒尺寸，避免粗细WC在烧结过程中的均匀化，提高非均匀硬质合金的多晶粒尺度分布，提高非均匀硬质合金的强韧性等产品性能，同时有效降低超细WC粉末的生产成本，简化生产流程，增加双晶硬质合金的应用领域，促进双晶硬质合金品类行业的发展。硬质合金品类行业的发展。硬质合金品类行业的发展。

【技术实现步骤摘要】
碳均匀分布的含晶粒抑制元素的非均匀双晶硬质合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于粉末冶金的
，涉及碳均匀分布的含晶粒抑制元素的非均匀双晶硬质合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]钨钴类硬质合金由高强度的WC硬质相和高韧性的Co粘剂相复合而成，具有硬度高、耐磨、耐热、耐腐蚀等优良特性，被广泛应用于国防、军工、工程制造等核心
，近年来，随着科学技术的进步，对钨钴类硬质合金性能的要求不断提高。
[0003]目前，提高钨钴类硬质合金性能的主要方法包括：调整WC晶粒的尺寸和调整合金的微观组织结构。其中，调整合金的微观组织结构包括制备梯度合金结构和制备兼具粗细WC晶粒的双晶结构。其中，制备兼具粗细WC晶粒的双晶结构尽管优势很大，但需要特殊制备的超粗以及超细WC粉末，成本很高、生产条件苛刻，并且这种方法制得的硬质合金在烧结过程中会产生粗细WC粉末聚集长大的现象，难以控制晶粒尺寸，难以避免粗细WC在烧结过程中的均匀化，而这一情况又直接影响硬质合金的多晶粒尺度分布，恶化硬质合金的强韧性等产品性能。
[0004]综合上述，针对现有的双晶硬质合金的原料成本和生产条件存在的问题，需要提供一种新型钨钴类非均匀硬质合金及其制备方法，有效控制晶粒尺寸，避免粗细WC在烧结过程中的均匀化，提高非均匀硬质合金的多晶粒尺度分布，提高非均匀硬质合金的强韧性等产品性能，同时有效降低超细WC粉末的生产成本，简化生产流程，增加双晶硬质合金的应用领域，促进双晶硬质合金品类行业的发展。

技术实现思路

[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供一种碳均匀分布的含晶粒抑制元素的非均匀双晶硬质合金及其制备方法，有效控制晶粒尺寸，避免粗细WC在烧结过程中的均匀化，提高非均匀硬质合金的多晶粒尺度分布，提高非均匀硬质合金的强韧性等产品性能，同时有效降低超细WC粉末的生产成本，简化生产流程，增加双晶硬质合金的应用领域，促进双晶硬质合金品类行业的发展。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是，碳均匀分布的含晶粒抑制元素的非均匀双晶硬质合金的制备方法，包括以下步骤：S10、制备碳、晶粒抑制元素均匀分布的氧化钨粉末：S11、按照钨酸铵溶液中WO3、葡萄糖、含晶粒抑制剂元素的水溶性盐的质量比为1~4：0.2~4：0.016~0.2的比例，分别称取钨酸铵溶液、葡萄糖、含晶粒抑制剂元素的水溶性盐；S12、将S11中称取的葡萄糖、含晶粒抑制剂元素的水溶性盐加入至称取的钨酸铵溶液中，形成体系，并向体系中添加水至体系中WO3含量为100g/L~150g/L，充分搅拌至葡萄糖、含晶粒抑制剂元素的水溶性盐完全溶解、体系均匀混合，得到混合液；
S13、将S12中得到的混合液进行喷雾干燥，得到前驱体粉末；S14、在惰性气氛下，将S13中得到的前驱体粉末在300℃~600℃的温度条件下煅烧0.5h~2h，获得碳、晶粒抑制元素均匀分布的氧化钨粉末；步骤S10的目的是获得碳、晶粒抑制元素均匀分布的氧化钨粉末，使其在步骤S20的球磨过程中不受球磨液—无水乙醇的影响，进而不影响步骤S30中细晶组分的形成。并且步骤S10采用钨酸铵溶液、葡萄糖、含晶粒抑制剂元素的水溶性盐为原料，成本明显低于市售的超细WC，经混合、煅烧、加压烧结，原位烧结得到超细WC组分，这样制得的超细WC组分可以大幅降低直接采用市售的超细WC制备超硬合金的生产成本；其中，前驱体粉末若不经S14煅烧，直接将前驱体粉末经步骤S20球磨、步骤S30加压烧结的话，步骤S20球磨过程中，前驱体粉末由于为水溶性盐，会在球磨时部分溶解在无水乙醇中，且在干燥时析出，无法获得碳、晶粒抑制元素均匀分布的氧化钨粉末，从而影响后续S30的烧结过程中细晶组分的形成，且葡萄糖、钨盐和含晶粒抑制剂元素的水溶性盐不能作为一个整体，后续步骤S30转变出来的碳、氧化钨和含晶粒抑制元素的氧化物间的反应也会受到很大的影响，有可能在最终产物硬质合金中出现为反应完全的W2C、复式碳化物（W
x
Co
y
C）和游离碳等缺陷相且烧结过程中由于盐转化为氧化物过程中释放大量的水气、氨气等气体，烧结过程中极易形成孔隙，较难获得合格产品；因此，S14在惰性气氛下煅烧分解转化为不溶于球磨液的氧化物，避免步骤S20的湿磨过程中前驱体盐的溶解造成产物性能的变化。前驱体粉末在管式炉、箱式炉或回转炉等可实现惰性气氛的炉内均可进行煅烧；步骤S14中生成碳、晶粒抑制元素均匀分布的氧化钨粉末的优点有：（1）在液相溶液中，各组分离子或分子级别混合，其喷雾后，仍可保留其均匀分布的优点，有利于后续还原-碳化过程中抑制剂的均匀分布。（2）晶粒抑制剂均匀分布的原料粉末能够有效的避免细晶组分因异常长大而产生的均匀化现象，利于非均匀双晶硬质合金的制备；S20、将碳、晶粒抑制元素均匀分布的氧化钨粉末、粗WC粉末、钴粉、石蜡按照质量百分比为10wt%~40wt%：50wt%~80wt%：4wt%~12wt%：0.5wt%~2wt%的比例混合，所得混合物经球磨处理，所得球磨产物经干燥、研磨处理，得到球磨混料；其中，石蜡的主要用途是成形剂，利于后续的压制成型。球磨的目的是实现粗WC和细晶前驱体预烧粉末进行均匀混合；S30、球磨混料经压制成型，所得造型体在惰性气氛下，升温至烧结温度1410℃~1470℃，然后施加压力0.5MPa~6MPa，进行加压保温0.5h~4h，冷却后所得产物即为碳均匀分布的含晶粒抑制元素的非均匀双晶硬质合金；其中，压制成型过程采用简单的模压工艺，压制压力为200MPa~400MPa，压制后的样品不出现裂纹，无掉边掉角现象即可；烧结温度选择1410-1470℃主要有两个目的，第一个促进原位转化反应的进行，第二个是促进钴转化为液相。由于原位反应过程中，材料因体积增大而产生较明显的收缩，需要采用施加压力是促进液相钴的流动，提高材料的致密性及性能；S3中，碳、晶粒抑制元素均匀分布的氧化钨粉末、粗WC粉末、钴粉在升温过程中，碳、晶粒抑制元素均匀分布的氧化钨粉末和碳及合金中的钴会发生反应，依次转化为钨、钴钨碳复式碳化物、二钨化碳和碳化物；
现有的纳米/超细WC粉末价格昂贵，为此本专利技术采用碳、晶粒抑制元素均匀分布的氧化钨粉末在烧结过程中原位生成的超细/纳米WC-晶粒抑制元素复合粉末作为细晶组分，保持了细晶组元的均匀性，降低了细晶的成本，并且碳、晶粒抑制元素均匀分布的氧化钨粉末有效控制晶粒尺寸，避免粗细WC在烧结过程中的均匀化，提高非均匀硬质合金的多晶粒尺度分布，提高非均匀硬质合金的强韧性等产品性能，同时有利于调控原位碳热反应过程中碳含量，原位生成的WC细晶组元不易出现渗碳或脱碳等现象。
[0007]进一步地，S11中，含晶粒抑制剂元素的水溶性盐包括水溶性的铼盐、铬盐、稀土盐、钒盐中的任一种。
[0008]水溶性的铼盐优选为硝酸铼或氯化铼；水溶性的铬盐优选为氯化铬或硝酸铬；水溶性的矾盐优选为氯化钒或硝酸钒；更进一步地，稀土盐为钇盐或铈盐；钇盐优选为氯化钇或硝酸钇。
[0009]进一步地，S11中，钨酸铵溶液中的WO3含量为200g/L~300本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.碳均匀分布的含晶粒抑制元素的非均匀双晶硬质合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S10、制备碳、晶粒抑制元素均匀分布的氧化钨粉末：S11、按照钨酸铵溶液中WO3、葡萄糖、含晶粒抑制剂元素的水溶性盐的质量比为1~4：0.2~4：0.016~0.2的比例，分别称取钨酸铵溶液、葡萄糖、含晶粒抑制剂元素的水溶性盐；S12、将S11中称取的葡萄糖、含晶粒抑制剂元素的水溶性盐加入至称取的钨酸铵溶液中，形成体系，并向体系中添加水至体系中WO3含量为100g/L~150g/L，充分搅拌至葡萄糖、含晶粒抑制剂元素的水溶性盐完全溶解、体系均匀混合，得到混合液；S13、将S12中得到的混合液进行喷雾干燥，得到前驱体粉末；S14、在惰性气氛下，将S13中得到的前驱体粉末在300℃~600℃的温度条件下煅烧0.5h~2h，获得碳、晶粒抑制元素均匀分布的氧化钨粉末；S20、将碳、晶粒抑制元素均匀分布的氧化钨粉末、粗WC粉末、钴粉、石蜡按照质量百分比为10wt%~40wt%：50wt%~80wt%：4wt%~12wt%：0.5wt%~2wt%的比例混合，所得混合物经球磨处理，所得球磨产物经干燥、研磨处理，得到球磨混料；S30、球磨混料经压制成型，所得造型体在惰性气氛下，升温至烧结温度1410℃~1470℃，然后施加压力0.5MPa~6MPa，进行加压保温0.5h~4h，冷却后所得产物即为碳均匀分布的含晶粒抑制元素的非均匀双晶硬质合...

【专利技术属性】
技术研发人员：羊求民，唐彦渊，陈丽勇，徐国钻，毛莉，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：