一种表层脱碳相梯度硬质合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种表层脱碳相梯度硬质合金材料及其制备方法，该硬质合金材料由包括粘结剂、(W,Ti)C粉、碳氮化物或氮化物、WC粉和W粉的原料组分制得，制备方法包括：将粘结剂、(W,Ti)C粉、碳氮化物或氮化物、WC粉和W粉混合后，研磨、干燥压制成生坯，再对生坯进行真空烧结。本发明专利技术通过在YT(WC-TiC-Co)类硬质合金中引入少量碳氮化物或氮化物，利用W-C-Co体系比W-Ti-C(N)-Co体系对碳的敏感度更高，通过W调节碳含量，使总碳含量低于W-C-Co体系下限而高于W-Ti-C(N)-Co体系下限，从而表层获得脱碳相组织而内部不出现脱碳相组织，从而得到表层脱碳相硬度高、耐磨粒磨损性好，内部正常组织抗塑性变形性好的表层梯度硬质合金材料，该硬质合金的制备方法工艺简单、过程易控。过程易控。

【技术实现步骤摘要】
一种表层脱碳相梯度硬质合金材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于硬质合金耐磨材料领域，涉及一种硬质合金材料及其制备方法，具体涉及一种表层脱碳相梯度硬质合金材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]磨粒磨损是机械磨损的一种形式，是在没有冲击载荷的情况下，硬质粒子对构件表面的耕犁作用造成损伤积累的结果。构件材料的硬度越高，其抵抗外部硬质粒子耕犁作用能力越强，造成的损伤越小。小型干式拉丝模、喷砂机的喷咀、球磨机的球体和衬板、石油钻井的扶正器等可认为是纯抗磨粒磨损构件的代表，它们的失效是磨粒对构件表面的耕犁作用造成损伤积累的结果。
[0003]通常这些构件采用高硬度的硬质合金制造。由于Ti的引入，YT类硬质合金(WC-TiC-Co类)比YG类硬质合金(WC-Co类)硬度更高、耐磨损性能更好、抗塑性变形能力更强。但在纯磨粒磨损条件下，YT类硬质合金耐磨性仍然没有足够高，导致所制造的构件的使用寿命不足。
[0004]可通过对YT类硬质合金进行表层改性以提高YT类硬质合金表层的硬度。目前，YT类硬质合金表层改性提高硬度的方法通常是表层氮化。主要过程是通过氮气气氛烧结进行氮化处理。当炉中氮气分压高于硬质合金氮平衡压时才可以渗氮，如果低于氮平衡分压，则出现相反的脱氮效果，因此氮气压力参数需精确控制，相比真空烧结过程较为复杂。
[0005]申请公布号为CN102126025A的专利技术专利公开了一种表层脱碳的WC-Co梯度硬质合金预制体，由正常WC-Co硬质合金压坯进行脱蜡预烧，获得预烧坯；再渗入偏钨酸铵溶液，形成一定深度及浓度梯度的偏钨酸铵分布；烧结后在低温阶段缓慢升温，偏钨酸铵的分解产物与表层WC-Co作用得到。但是这种方法主要针对WC-Co硬质合金，并且需要两步烧结以及在两步烧结之间渗入偏钨酸铵溶液，制备工艺复杂、周期长。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，研究出一种表层脱碳相梯度硬质合金材料，该硬质合金材料由包括粘结剂、(W,Ti)C粉、碳氮化物或氮化物、WC粉和W粉的原料组分经过真空烧结原位形成。本专利技术通过在YT(WC-TiC-Co类)硬质合金中引入少量碳氮化物或氮化物，使得表层形成W-C-Co体系，内部仍然保持W-Ti-C(N)-Co体系，利用W-C-Co体系比W-Ti-C(N)-Co体系对碳的敏感度更高，通过W调节碳含量，使总碳含量低于W-C-Co体系下限而高于W-Ti-C(N)-Co体系下限，从而表层获得脱碳相(η相)组织而内部不出现脱碳相组织。从而得到表层脱碳相硬度高、耐磨粒磨损性好，内部正常组织抗塑性变形性好的表层托弹性梯度硬质合金材料，该硬质合金的制备方法工艺简单、过程易控。
[0007]本专利技术一方面提供一种表层脱碳相梯度硬质合金材料，所述硬质合金材料由包括粘结剂、(W,Ti)C粉、碳氮化物或氮化物、WC粉和W粉的原料组分制得。
[0008]本专利技术的另一方面提供本专利技术第一方面所述的表层脱碳相硬质合金材料的制备
方法，所述方法包括以下步骤：
[0009]步骤1、将粘结剂、(W,Ti)C粉、WC粉、W粉、碳氮化物或氮化物混合；
[0010]步骤2、步骤2、将步骤1所得混合物研磨、干燥，压制成生坯。
[0011]步骤3、对步骤2所得生坯进行真空烧结。
[0012]本专利技术所具有的有益效果：
[0013](1)本专利技术通过在YT类硬质合金中引入碳氮化物或氮化物对YT类硬质合金的表层进行改性，提高YT类硬质合金的表层硬度和抵抗强磨粒磨损的能力，提高YT类硬质合金的使用寿命；
[0014](2)在制备表层脱碳相梯度硬质合金材料时，利用WC-Co体系与WC-TiC-Co体系对C的敏感度差异，先表层脱Ti后表层脱碳，使得表层形成高硬度和高耐磨粒磨损的脱碳相，内部仍然保持高抗塑性变形，从而将均匀的YT类硬质合金改性为功能梯度硬质合金，扩大了YT类硬质合金的应用范围；
[0015](3)本专利技术所提供的方法制备的梯度硬质合金，表层与内部成分上是平滑过渡，没有突变，表层与内部界面不存在应力集中，结构均匀；
[0016](4)本专利技术的表层脱碳相梯度硬质合金材料是在一步真空烧结过程中原位形成的，制备工艺简单、过程容易控制。
附图说明
[0017]图1示出实施例1得到的材料近表层区域与内部的微观组织截面图；
[0018]图2示出实施例2得到的材料近表层区域与内部的微观组织截面图；
[0019]图3示出实施例2得到的材料近表层区域Ti和Co元素分布图；
[0020]图4示出对比例1得到的材料近表层区域与内部的微观组织截面图；
[0021]图5示出对比例2得到的材料近表层区域与内部的微观组织截面图；
[0022]图6示出对比例3得到的材料近表层区域与内部的微观组织截面图；
[0023]图7示出对比例4得到的材料近表层区域与内部的微观组织截面图；
[0024]图8示出对比例5得到的材料近表层区域与内部的微观组织截面图。
具体实施方式
[0025]下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
[0026]根据工况条件，纯磨粒磨损对材料的硬度要求高但是对耐冲击性几乎没有要求，而在硬质合金领域通常认为脱碳相(η相)的性能特点是硬度很高、耐磨性优异但脆性较大，适合抗冲击性要求低的纯磨粒磨损的工况条件。因此，若将构件的被磨损面设计为η相组织，则可以显著提高构件表面的硬度和耐磨粒磨损性能。基于此，本专利技术人设计制备一种表层脱碳相梯度硬质合金材料，将均匀硬质合金的表层改变为脱碳相组织，而内部为正常相组织。
[0027]本专利技术第一方面提供了一种表层脱碳相梯度硬质合金材料，该硬质合金材料由包括粘结剂、(W,Ti)C粉、碳氮化物或氮化物、WC粉和W粉的原料组分制得。
[0028]根据本专利技术，粘结剂包括Co粉、Ni粉、Fe粉中的一种或几种，优选为Co粉。
[0029]根据本专利技术，原料WC粉为非饱和碳的WC粉，优选地，WC粉中的碳含量为5.96wt％。
[0030]根据本专利技术一种优选的实施方式，按重量百分比计，所述粘结剂占10～15％，所述(W,Ti)C粉占4.0～30.0％，所述WC粉占50.0～59.0％，碳氮化物或氮化物占0.8～10.0％，其余为W粉，其中，各原料组分的重量百分比之和为100％。
[0031]根据本专利技术另一种优选的实施方式，按重量百分比计，所述粘结剂占6～9％，所述(W,Ti)C粉占4.0～30.0％，所述WC粉占60.0～65.0％，碳氮化物或氮化物占0.8～10.0％，其余为W粉，其中，各原料组分的重量百分比之和为100％。
[0032]根据本专利技术，表层脱碳相梯度硬质合金材料的表层为脱碳相，内部为非脱碳相，且由表层至内部成分上是平滑过渡，没有突变，表层与内部的界面之间不存在应力集中。表层形成W-C-Co体系，而内部仍然保持W-Ti-C(N)-Co本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表层脱碳相梯度硬质合金材料，其特征在于，所述硬质合金材料由包括粘结剂、(W,Ti)C粉、碳氮化物或氮化物、WC粉和W粉的原料组分制得。2.根据权利要求1所述的硬质合金材料，其特征在于，所述硬质合金材料由粘结剂、(W,Ti)C粉、碳氮化物或氮化物、WC粉和W粉制得，优选地，所述粘结剂占10～15％，所述(W,Ti)C粉占4.0～30.0％，所述WC粉占50.0～59.0％，碳氮化物或氮化物占0.8～10.0％，其余为W粉，其中，各原料组分的重量百分比之和为100％；或所述粘结剂占6～9％，所述(W,Ti)C粉占4.0～30.0％，所述WC粉占60.0～65.0％，碳氮化物或氮化物占0.8～10.0％，其余为W粉，其中，各原料组分的重量百分比之和为100％。3.根据权利要求1所述的硬质合金材料，其特征在于，所述粘结剂粒度为0.2～5μm；(W,Ti)C粉的粒度为0.5～8μm；WC粉的粒度为0.2～11μm；碳氮化物或氮化物的粒度为0.2～10μm；W粉的粒度为0.2～5μm。4.根据权利要求1所述的硬质合金材料，其特征在于，所述粘结剂选自包括Co粉、Ni粉、Fe粉中的一种或几种，所述碳氮化物为Ti(C,N)，氮化物选自TiN、AlN、ZrN中的一种或几种。5.权利要求1至4之一所述的表层脱碳相硬质合金材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、将粘结剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨天恩，牛国梁，王昊梓轲，朱幼宇，桑江燕，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：