一种超硬CoWB-Co硬质合金的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超硬CoWB

【技术实现步骤摘要】
一种超硬CoWB
‑
Co硬质合金的制备方法


[0001]本专利技术涉及新型材料制备
，特别是涉及一种超硬CoWB
‑
Co硬质合金的制备方法。

技术介绍

[0002]WC
‑
Co系硬质合金因具有较高的硬度、耐磨性以及较强的抗变形、抗冲击、抗高压、耐腐蚀等性能，在金属切削、凿岩工具、木材加工、成形模具、轧机轧辊、矿山采掘等领域得到了广泛应用。但随着科学技术的快速进步和现代工业技术水平的不断提高，高温、高盐、干式切削、高速切削等复杂服役环境对WC
‑
Co系硬质合金材料的使用性能提出了更高要求，传统WC
‑
Co硬质合金的硬度、耐磨损性能、抗氧化性能以及导热性能已无法满足高端应用领域对材料的性能需求。
[0003]三元硼化物陶瓷CoWB的显微硬度高达44GPa，WC陶瓷的显微硬度仅为17GPa，CoWB具有比WC更高的显微硬度和更佳的耐磨损性能，而且CoWB陶瓷还具有比WC更优的导热性能与抗氧化性能，此外，CoWB与金属Co的润湿性与WC和Co的润湿性高温下均为0
°
，均为完全润湿。因而，如何开发设计出CoWB
‑
Co硬质合金，解决目前传统WC
‑
Co硬质合金在高端应用领域遇到的技术壁垒，是本领域面临的难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术将陶瓷相CoWB和金属相Co分别作为硬质合金材料组元的硬质相和粘结相，设计工艺可控的新型超硬CoWB
‑
Co硬质合金，以解决传统WC
‑
Co系硬质合金无法在高温、干式切削、高速切削等恶劣工况条件下长时间服役的难题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供一种超硬CoWB
‑
Co硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将W粉和B粉混合，球磨；
[0008](2)将球磨混合后的W粉和B粉置于石墨坩埚中，1200
‑
1600℃反应1
‑
4h，得到WB粉；
[0009](3)将所述WB粉和Co粉混合，球磨；
[0010](4)将球磨混合后的WB粉和Co粉置于石墨坩埚中，1200
‑
1600℃反应1
‑
4h，得到三元CoWB陶瓷粉体；
[0011](5)以所述三元CoWB陶瓷粉体和Co粉为原料，加入成型剂，湿磨20
‑
72h；
[0012](6)将步骤(5)湿磨后的浆料干燥，压制成块状坯体；
[0013](7)将所述块状坯体放置于石墨板上，1300
‑
1550℃烧结，保温1
‑
4h，得到所述超硬CoWB
‑
Co硬质合金。
[0014]进一步地，所述步骤(1)中W粉和B粉的摩尔比为1：1，球磨球采用WC
‑
8Co的硬质合金球，球料质量比为3:1，干磨，球磨时间6
‑
24h。
[0015]进一步地，所述步骤(2)中石墨坩埚内壁涂有BN粉末。
[0016]进一步地，所述步骤(3)中WB粉和Co粉摩尔比为1：1，球磨球采用WC
‑
8Co的硬质合
金球，球料质量比为3:1，干磨，球磨时间4
‑
36h。
[0017]进一步地，所述步骤(4)中石墨坩埚内壁涂有BN粉末。
[0018]进一步地，所述步骤(5)三元CoWB陶瓷粉体和Co粉中CoWB粉的添加比例为75
‑
94wt％，金属Co粉的添加比例为6
‑
25wt％；以去离子水或酒精为球磨介质，球料质量比为2:1
‑
5:1；所述成型剂为PEG，其添加量为总质量的1.0％
‑
2.0％。
[0019]进一步地，所述步骤(6)中压制压力为50
‑
400MPa。
[0020]进一步地，所述步骤(6)中干燥采用喷雾干燥，进气口温度为180
‑
260℃，出气口温度为90
‑
120℃。
[0021]进一步地，所述步骤(7)中石墨板表面涂有ZrO2‑
18％Y2O3。
[0022]进一步地，所述W粉、B粉、Co粉三种原料的质量百分纯度均大于99.8％；W粉的费氏粒度为0.6
‑
5μm，B粉的费氏粒度为0.8
‑
3μm，Co粉的费氏粒度为0.8
‑
1.2μm。
[0023]进一步地，球磨和湿磨均在球磨机中进行，球磨机为滚动可倾斜式球磨机。
[0024]专利CN 109266939 B公开了一种高致密WC
‑
WB
‑
Co球形粉末硬面材料的制备方法，此方法以WC粉、WB粉、Co粉为原料，通过配料、湿磨、喷雾干燥、压制、烧结、机械破碎、过筛、高温球化、再过筛等工艺将原料制备成球形粉末，此粉末再利用超音速火焰喷涂、激光熔覆、等离子堆焊和等离子喷涂工艺可在金属基体表面制备成硬质合金涂层，由于制备过程中WB和Co发生了反应，最终制备涂层的主要材料成分为WC和CoWB。本专利技术与专利CN 109266939 B的专利技术目标以及目标成分不同，本专利技术首先合成WB粉，再将WB粉和Co粉制备成CoWB粉，然后再以CoWB粉和Co粉为原料经过球磨、干燥、压制、烧结工艺最终制备成材料成分为CoWB
‑
Co的硬质合金，可直接应用于金属切削、凿岩工具、木材加工、成形模具、轧机轧辊、矿山采掘等领域。
[0025]本专利技术还提供由所述制备方法制备得到的超硬CoWB
‑
Co硬质合金在金属切削、凿岩工具、木材加工、成形模具、轧机轧辊、矿山采掘中的应用。
[0026]本专利技术公开了以下技术效果：
[0027](1)本专利技术设计了新型的硬质合金材料CoWB
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Co，以三元CoWB陶瓷为硬质相，以金属Co作为粘结相，CoWB具有比WC更高的硬度、更优的导热性能，可使CoWB
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Co硬质合金的显微硬度和耐磨损性能比传统WC
‑
Co硬质合金分别提高20％以上和40％以上。
[0028](2)本专利技术首先合成了WB粉，然后利用WB粉又合成了CoWB粉，最后以CoWB粉和Co粉为原料进一步制备了CoWB
‑
Co硬质合金，分步骤合成制备可避免CoB等杂相的生成以及原子的多次扩散，这种方法不但可保证材料体系的物相纯度，还可大幅降低硬质合金材料的孔隙率。
[0029](3)本专利技术在WB粉和CoWB粉的制备过程中，采用的石墨坩埚内壁均涂有BN粉末，可有效防止石墨坩埚中的C与W粉、B粉及Co粉发生化学反应，保证了CoWB
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Co目标材料的顺利制备。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超硬CoWB
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Co硬质合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将W粉和B粉混合，球磨；(2)将球磨混合后的W粉和B粉置于石墨坩埚中，1200
‑
1600℃反应1
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4h，得到WB粉；(3)将所述WB粉和Co粉混合，球磨；(4)将球磨混合后的WB粉和Co粉置于石墨坩埚中，1200
‑
1600℃反应1
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4h，得到三元CoWB陶瓷粉体；(5)以所述三元CoWB陶瓷粉体和Co粉为原料，加入成型剂，湿磨20
‑
72h；(6)将步骤(5)湿磨后的浆料干燥，压制成块状坯体；(7)将所述块状坯体放置于石墨板上，1300
‑
1550℃烧结，保温1
‑
4h，得到所述超硬CoWB
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Co硬质合金。2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中W粉和B粉的摩尔比为1：1，球磨球采用WC
‑
8Co的硬质合金球，球料质量比为3:1，干磨，球磨时间6
‑
24h。3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中石墨坩埚内壁涂有BN粉末。4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中WB粉和Co粉摩尔比为1：1，球磨球采用WC
‑
8Co的硬质合金球，球料质量比为3:1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宝刚，
申请(专利权)人：湖南人文科技学院，
类型：发明
国别省市：