一种致密轻质硬质合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及金属材料技术领域，第一方面提供了一种致密轻质硬质合金，包括如下组分：74‑78重量份的碳化钨、37‑39重量份的碳化钛、7‑9重量份的粘接剂和2‑4重量份的抗腐蚀剂；所述碳化钨由钨粉碳化制得，所述钨粉按晶粒度大小分为第一级单晶钨粉和第二级单晶钨粉，所述第一级单晶钨粉的晶粒度为2微米‑2.2微米，所述第二级单晶钨粉的晶粒度为0.1微米‑0.3微米；所述碳化钛由钛粉碳化制得，所述钛粉的晶粒度为4微米‑6微米；第二方面提供了上述致密轻质硬质合金的制备方法；第三方面提供了上述致密轻质硬质合金的应用；本发明专利技术所提供的致密轻质硬质合金能够使得重量与致密性相互协调，在拥有较小重量的前提下还具备足够高的致密性，保证了硬质合金的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种致密轻质硬质合金及其制备方法和应用
本专利技术涉及金属材料
，具体而言，涉及一种致密轻质硬质合金及其制备方法和应用。
技术介绍
硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金广泛用作密封制件和刀具材料，如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等，用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料。现在新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的数百倍。目前市面上的硬质合金的重量与致密性难以协调，重量小则致密性不高，致密性高则重量大，使得硬质合金的应用范围受限，并且，致密性不高容易使得所制成的金属制件在使用的过程中，当其受到较大的外部冲击力时，由于振动的原因，金属制件的内部产生裂缝，从而造成金属制件从内部开始发生断裂。申请内容本专利技术的目的在于提供一种致密轻质硬质合金，并且同时提供了其制备方法和应用，该致密轻质硬质合金能够使得重量与致密性相互协调，在拥有较小重量的前提下还具备足够高的致密性，保证了硬质合金的应用范围。本专利技术的实施例通过以下技术方案实现：本专利技术第一方面提供了一种致密轻质硬质合金，以重量份计，包括如下组分：74-78重量份的碳化钨、37-39重量份的碳化钛、7-9重量份的粘接剂和2-4重量份的抗腐蚀剂；所述碳化钨由钨粉碳化制得，所述钨粉按晶粒度大小分为第一级单晶钨粉和第二级单晶钨粉，所述第一级单晶钨粉的晶粒度为2微米-2.2微米，所述第二级单晶钨粉的晶粒度为0.1微米-0.3微米；所述碳化钛由钛粉碳化制得，所述钛粉的晶粒度为4微米-6微米。本专利技术第二方面提供了上述致密轻质硬质合金的制备方法，包括如下步骤：S1、制备晶粒度不同的钨粉以仲钨酸铵为原料煅烧得氧化钨，将所得氧化钨进行氢还原反应得到钨粉；在氧化钨进行氢还原反应阶段通过加入不同添加剂分别得到晶粒度不同的第一级单晶钨粉和第二级单晶钨粉，然后将所述第一级单晶钨粉与第二级单晶钨粉按质量比进行复配；S2、制备钛粉将二氧化钛进行氢还原得到钛粉；S3、制备碳化钨粉和碳化钛粉将步骤S1所得复配后的钨粉经配碳、球磨混料后加热，得到碳化钨粉；将步骤S2所得钛粉经配碳、球磨混料后加热，得到碳化钛粉；S4、制备致密轻质硬质合金将步骤S3所制得的碳化钨粉和碳化钛粉与粘接剂和抗腐蚀剂混合后经球磨、干燥、成型、烧结以及后处理制得致密轻质硬质合金；其中，烧结分为四个阶段，分别为第一烧结阶段、第二烧结阶段、第三烧结阶段和炉内降温阶段，第一烧结阶段以20℃/min的升温速率从室温升至2400℃，然后进入第二烧结阶段，第二烧结阶段以80℃/min的升温速率从2400℃升温至3000℃，保温5分钟后进入第三烧结阶段，第三烧结阶段以40℃/min的降温速率从3000℃降温至1600℃，保温2小时后进入炉内降温阶段，炉内降温阶段以20℃/min的降温速率从1600℃降温至200℃，取出在空气中自然冷却至常温。本专利技术第三方面提供了上述致密轻质硬质合金的应用，用于制造轻质硬质合金制品，包括喷嘴、密封环、阀座、轴密封衬套和刀具材料。本专利技术所提供的致密轻质硬质合金，能够达到“致密”和“轻质”两个特性的原因在于：在本专利技术所提供的致密轻质硬质合金中，选用碳化钨与碳化钛共同作为金属材料的硬质相，第一方面，碳化钛的密度仅为碳化钨的三分之一，其引入后减少了碳化钨的加量，从而降低了金属材料的整体重量，同时由于其本身的密度较小，相同体积下的重量也就较轻，同样降低了金属材料的整体重量；第二方面，碳化钛在烧结过程中晶粒长大的倾向性小，所制得的硬质金属在烧结后结构不会发生太大变化；第三方面，碳化钨的原料钨粉分为晶粒度分别为2-2.2微米和0.1-0.3微米的两级，碳化钛的原料钛粉的晶粒度为4-6微米，在硬质合金的制备过程中，晶粒度大的碳化钛相互接触形成初始的骨架结构，在该骨架结构中存在若干空隙，晶粒度次之的第一级单晶钨粉所制得的碳化钨填充至上述空隙中，使得空隙进一步变小，晶粒度最小的第二级单晶钨粉所制得的碳化钨继续填充至变小后的空隙中，利用颗粒紧密堆积效应使得整体结构变得更加致密，在后续烧结过程中，由于碳化钨的熔点小于碳化钛，碳化钨熔化成液相对内部空间进行进一步地填充，并且其包覆于碳化钛的表面，当烧结完成后，所得到的金属材料内部存在若干呈球形的晶粒度较大的碳化钛颗粒，且各碳化钛球形晶粒相互之间以及表面存在由大量晶粒度较小的碳化钨以及其他添加剂组成的保护隔离层，保护隔离层中的碳化钨颗粒的晶粒度较小，且排列紧密，使得成型后的硬质合金的内部无空隙存在，极大地提升了硬质合金的致密性。本专利技术实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：本专利技术所提供的致密轻质硬质合金第一方面由于引入了碳化钛，使得碳化钨的加量减少，从而使得合金材料的重量减轻；第二方面由于采用多级复配的形式，且在烧结阶段碳化钨在碳化钛表面形成保护隔离层，使得合金材料的致密性得到显著提升。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例1提供的致密轻质硬质合金烧结时的时间-温度关系图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本具体实施方式提供了一种致密轻质硬质合金，以重量份计，包括如下组分：74-78重量份的碳化钨、37-39重量份的碳化钛、7-9重量份的粘接剂和2-4重量份的抗腐蚀剂；所述碳化钨由钨粉碳化制得，所述钨粉按晶粒度大小分为第一级单晶钨粉和第二级单晶钨粉，所述第一级单晶钨粉的晶粒度为2微米-2.2微米，所述第二级单晶钨粉的晶粒度为0.1微米-0.3微米；所述碳化钛由钛粉碳化制得，所述钛粉的晶粒度为4微米-6微米。其中，所述粘接剂包括镍粉和/或钴粉，优选为镍粉。其中，所述抗腐蚀剂包括钽铌固溶体和/或铬粉，优选为铬粉。其中，所述第一级单晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种致密轻质硬质合金，其特征在于，以重量份计，包括如下组分：74-78重量份的碳化钨、37-39重量份的碳化钛、7-9重量份的粘接剂和2-4重量份的抗腐蚀剂；/n所述碳化钨由钨粉碳化制得，所述钨粉按晶粒度大小分为第一级单晶钨粉和第二级单晶钨粉，所述第一级单晶钨粉的晶粒度为2微米-2.2微米，所述第二级单晶钨粉的晶粒度为0.1微米-0.3微米；/n所述碳化钛由钛粉碳化制得，所述钛粉的晶粒度为4微米-6微米。/n

【技术特征摘要】
1.一种致密轻质硬质合金，其特征在于，以重量份计，包括如下组分：74-78重量份的碳化钨、37-39重量份的碳化钛、7-9重量份的粘接剂和2-4重量份的抗腐蚀剂；
所述碳化钨由钨粉碳化制得，所述钨粉按晶粒度大小分为第一级单晶钨粉和第二级单晶钨粉，所述第一级单晶钨粉的晶粒度为2微米-2.2微米，所述第二级单晶钨粉的晶粒度为0.1微米-0.3微米；
所述碳化钛由钛粉碳化制得，所述钛粉的晶粒度为4微米-6微米。


2.根据权利要求1所述的致密轻质硬质合金，其特征在于，所述粘接剂包括镍粉和/或钴粉。


3.根据权利要求1所述的致密轻质硬质合金，其特征在于，所述抗腐蚀剂包括钽铌固溶体和/或铬粉。


4.根据权利要求1所述的致密轻质硬质合金，其特征在于，所述第一级单晶钨粉与所述第二级单晶钨粉的质量比为1：(3-5)。


5.根据权利要求1所述的致密轻质硬质合金，其特征在于，由钨粉碳化制得的碳化钨中，碳的原子百分数为0.01at％，由钛粉碳化制得的碳化钛中，碳的原子百分数为0.01at％。


6.如权利要求1-5任一项所述的致密轻质硬质合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、制备晶粒度不同的钨粉
以仲钨酸铵为原料煅烧得氧化钨，将所得氧化钨进行氢还原反应得到钨粉；
在氧化钨进行氢还原反应阶段通过加入不同添加剂分别得到晶粒度不同的第一级单晶钨粉和第二级单晶钨粉，然后将所述第一级单晶钨粉与第二级单晶钨粉按质量比进行复配；
S2、制备钛粉
将二氧化钛进行氢还原得到钛粉；
S3、制备碳化钨粉和碳化钛粉
将步骤S1所得复配后的钨粉经配碳、球磨混料后加热，得到碳化钨粉；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：周保华，周虎，张勇，周宗发，
申请(专利权)人：成都川硬合金材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51