碳化钨-钴硬质合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳化钨

【技术实现步骤摘要】
碳化钨
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钴硬质合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于纳米复合材料和硬质合金领域，具体涉及一种碳化钨
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钴硬质合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]碳化钨
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钴硬质合金在固相烧结阶段，超细/纳米晶碳化钨颗粒向粘结相钴中的固溶扩散速度较大；在液相烧结阶段，通过Ostwald熟化机制进行的液相传质也较快，碳化钨颗粒通过溶解和再析出，易于发生再结晶异常长大现象。一方面，颗粒细小的硬质相碳化钨靠晶粒彼此接触、聚合，联合成大颗粒碳化钨，或大颗粒碳化钨吞并小颗粒碳化钨再长大。另一方面，碳化钨
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钴硬质合金烧结过程中液相生成之后，小颗粒碳化钨的饱和溶解度较大，先溶解，随之在大颗粒碳化钨表面析出，于是大颗粒碳化钨趋于长大。
[0003]基于上述问题，通常采用加入纳米晶粒抑制剂，抑制碳化钨晶粒的长大。有研究者在制粉时添加VC、Cr3C2和TiC等来抑制烧结过程中晶粒的长大，希望获得超细晶粒碳化钨。虽然这些碳化物在抑制晶粒长大方面有较好的效果，但添加量过多会导致它们在碳化钨
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钴晶界大量析出，增加了合金的脆性、孔隙率，所以有一定局限性。经对现有技术文献的检索发现，公开号为CN106116582A的中国专利技术专利公开了“一种无钴碳化钨的烧结方法”，该方法将石墨烯加入碳化钨，利用石墨烯的高韧性和导电性改变粉体的烧结性能，并对粉体进行配碳，同时利用放电等离子烧结技术加剧碳化钨晶粒的体积扩散和晶界扩散，有效阻止了碳化钨晶粒生长。该方法的不足在于经物理混合，石墨烯和碳化钨之间结合力属于范德华力，很难保证石墨烯与碳化钨之间的混合均匀性，影响了硬质合金的致密度。
[0004]因此，现有的抑制碳化钨晶粒生长的技术有待改进。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种碳化钨
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钴硬质合金及其制备方法，采用该方法来制备碳化钨
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钴硬质合金，可以在不添加任何晶粒抑制剂的情况下，有效减缓碳化钨
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钴复合粉末在烧结过程中晶粒的异常长大，避免因晶粒抑制剂添加量过多引起的如硬质合金的脆性和孔隙率等指标不合格的局限性，且制备得到的碳化钨
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钴硬质合金具有超细结构、高致密度、高硬度和强断裂韧性。
[0006]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备碳化钨
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钴硬质合金的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：
[0007](1)将碳化钨
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钴复合粉末干燥后置于模具中；
[0008](2)在真空条件下，将步骤(1)得到的盛装碳化钨
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钴复合粉末的模具进行放电等离子烧结，以便得到碳化钨
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钴硬质合金。
[0009]根据本专利技术实施例的制备碳化钨
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钴硬质合金的方法，通过将碳化钨
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钴复合粉末干燥后置于模具中，并在真空的条件下对该盛装有碳化钨
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钴复合粉末的模具进行放电等
离子烧结，即可得到碳化钨
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钴硬质合金。本申请的方法采用碳化钨
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钴复合粉末作为唯一原料，并结合放电等离子烧结技术来制备碳化钨
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钴硬质合金具有以下优势：(1)碳化钨
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钴复合粉末表面原位生长的石墨化碳层可以有效减缓碳化钨
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钴复合粉末在烧结过程中晶粒的异常长大，晶粒长大是因为WC
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Co硬质合金在固相烧结阶段，超细/纳米晶WC颗粒向粘结相Co中的固溶扩散速度较大，在液相烧结阶段，通过Ostwald熟化机制进行的液相传质也较快，WC颗粒通过溶解和再析出，易于发生再结晶异常长大现象。一方面，WC烧结时可能会有化合碳析出，析出的碳容易导致细小的硬质相WC晶粒彼此接触、聚合，联合成粗大WC，或粗大的WC吞并细小的WC再长大。另一方面，WC
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Co硬质合金烧结过程中液相生成之后，小颗粒WC的饱和溶解度较大，先溶解，随之在大颗粒WC表面析出，于是大颗粒WC趋于长大。因此通过在WC
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Co表面原位生长碳层，一方面，碳层减少了WC烧结过程中化合碳的析出，且碳层可以看作为保护层，从而避免了烧结过程中细小的硬质相WC晶粒彼此接触、聚合，联合成粗大WC，或粗大的WC吞并细小的WC再长大；另一方面，碳的熔点很高，在烧结过程中碳层可以减缓小颗粒WC在大颗粒表面的溶解析出，从而降低了大颗粒WC的异常长大倾向；再一方面，碳层有效加固了WC、碳层和Co三者之间的表面结合力，显著提高了WC
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Co的导电性和稳定性。由此，碳层可以有效减缓碳化钨
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钴复合粉末在烧结过程中晶粒的异常长大。同时，利用碳层的高韧性和导电性还可以改变粉体的烧结性能，粉体导电性增强，进行放电等离子烧结时所需的能量减少，从而降低了烧结温度。并且，WC烧结时可能会有化合碳析出生成W2C，W2C的各项性能都不如WC，而碳层作为游离碳可对碳化钨
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钴复合粉末进行配碳，使W2C的含量减少，此外，还可以通过对碳化钨
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钴复合粉末中的碳层厚度和碳含量进行控制，以达到制备具有不同性能硬质合金的要求；(2)由于本申请无需添加任何晶粒抑制剂，相对于现有技术中加入VC、Cr3C2和TiC等碳化物作为晶粒抑制剂来抑制烧结过程中碳化钨晶粒长大，能有效避免因晶粒抑制剂添加量过多引起的如硬质合金的脆性和孔隙率等指标不合格的局限性；(3)传统的碳化钨烧结方式如真空热压烧结、真空气压烧结、热等静压烧结等，往往需要很高的烧结温度和较长的保温时间，碳化钨颗粒在较长的高温烧结过程中，晶粒会逐渐长大，降低材料的致密度，而本申请的制备方法结合放电等离子烧结技术，利用脉冲能、放电冲压力和焦耳热会在局部瞬间产生几千度甚至上万度的高温，晶粒表面在高温作用下发生蒸发和熔化，使颗粒表面发生活化，从而加剧了体积扩散和晶界扩散，降低了烧结温度，缩短了烧结时间，有效阻止了晶粒生长；(4)现有的将石墨烯加入碳化钨并结合放电等离子烧结工艺来制备碳化钨合金的技术，具有石墨烯与碳化钨球磨工艺复杂以及石墨烯无法与碳化钨均匀混合的局限性，而本申请采用碳化钨
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钴复合粉末作为制备碳化钨
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钴硬质合金的唯一原料，省去了球磨工艺，工艺更加简单，且得到的碳化钨
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钴硬质合金致密度更好。由此，采用本申请的方法制备得到的碳化钨
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钴硬质合金具有超细结构、高致密度、高硬度和强断裂韧性。
[0010]另外，根据本专利技术上述实施例的制备碳化钨
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钴硬质合金的方法还可以具有如下附加的技术特征：
[0011]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述碳化钨
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钴复合粉末的总碳含量为5～6wt％。由此，不仅可以有效减缓碳化钨
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备碳化钨
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钴硬质合金的方法，其特征在于，包括：(1)将碳化钨
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钴复合粉末干燥后置于模具中；(2)在真空条件下，将步骤(1)得到的盛装碳化钨
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钴复合粉末的模具进行放电等离子烧结，以便得到碳化钨
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钴硬质合金。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述碳化钨
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钴复合粉末的总碳含量为5～6wt％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述碳化钨
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钴复合粉末的游离碳含量为0.02～1wt％。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述碳化钨
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钴复合粉末的碳层厚度为0～30nm，优选10～15nm。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹艳红，陈邦明，文敏，谢海根，吴子平，刘先斌，黎业生，陈军，
申请(专利权)人：崇义章源钨业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：