一种添加Ti粉原位生成(Ti,W)C增强WC-Ni3Al复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种添加Ti粉原位生成(Ti,W)C增强WC

【技术实现步骤摘要】
一种添加Ti粉原位生成(Ti,W)C增强WC
‑
Ni3Al复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于合金材料
，具体涉及一种添加Ti粉原位生成(Ti,W)C增强WC
‑
Ni3Al 复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]碳化钨
‑
钴(WC
‑
Co)硬质合金具有高硬度、高耐磨性和优良的断裂韧性，因而其广泛应用于矿山开采、石油钻探、金属切削等与国民经济发展紧密结合的领域，是目前应用最为广泛的硬质合金。WC
‑
Co硬质合金主要由硬质相WC和粘结相Co组成，Co对WC的润湿性极好，Co的加入有助于获得高致密的WC基硬质合金，但是Co的加入不可避免的造成了 WC基硬质合金的硬度、抗氧化性和耐腐蚀性等性能的下降，且Co在高温下易软化，这些缺陷都限制了WC
‑
Co硬质合金在更严苛工况下的应用。随着科技的持续发展，WC基硬质合金的应用工况变得更加恶劣，传统的WC
‑
Co硬质合金的越来越无法适应日益提高的使用要求。为此，各研究者为了拓展WC类材料的应用范围而做出努力，最终提出了以金属间化合物 Ni3Al替代Co作为粘结相制备WC基复合材料的设想，并分析了其可行性。
[0003]中国专利201710535609.2公开了一种VC、TiC增强无粘结相WC基硬质合金性能的方法，通过VC、TiC在烧结过程中抑制硬质相颗粒的长大，细化晶粒，增强力学性能。本专利提出了一种添加Ti粉原位生成(Ti,W)C增强WC
‑
Ni3Al复合材料的制备方法。这种添加Ti粉原位生成(Ti,W)C的制备方法对WC
‑
Ni3Al复合材料的性能改善明显，在提高硬度的同时也提高了断裂韧性，且工艺简单、可操作性强，成本较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的首要目的在于提供一种添加Ti粉原位生成(Ti,W)C增强WC
‑
Ni3Al复合材料的制备方法。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的原位生成(Ti,W)C增强的 WC
‑
Ni3Al复合材料。
[0006]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种添加Ti粉原位生成(Ti,W)C增强WC
‑
Ni3Al复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：
[0008](1)机械合金化制备Ni3Al粉末：按以下质量百分比的原料粉末配料：Ni 69.50～70.50％、 Al 10.60～10.69％、Cr 5.23～7.85％、Mo 1.43～1.50％、B 0.005～0.01％，其余为不可避免的微量杂质；将上述原料粉末置于球磨机中干式球磨，制得颗粒尺寸≤250μm的Ni3Al金属间化合物粉末；
[0009](2)将上述Ni3Al金属间化合物粉末、钛粉与WC粉末置于有机溶剂中进行湿式球磨，制得混合浆料，然后将上述混合浆料置于真空干燥箱中在70℃下烘干至溶剂残余量≤1％，碾碎、过筛，得到颗粒尺寸≤250μm的混合粉末；
[0010](3)采用放电等离子烧结技术对上述混合粉末进行烧结，得到所述原位生成(Ti,W)C增强WC
‑
Ni3Al复合材料。
[0011]优选地，步骤(1)所述Ni、Al、Cr、Mo粉末纯度≥99.9％、粒度为1～10μm，B粉末为纯度≥99.0％的无定形高纯硼。
[0012]所述干式球磨的条件优选为：球磨材质采用WC硬质合金，球料比为10:1，转速为226r/min，并采用高纯Ar气作为保护气氛。
[0013]优选地，步骤(2)所述Ti粉末纯度≥99.9％、粒度为～10μm。
[0014]优选地，步骤(2)Ni3Al金属间化合物粉末、Ti粉与WC粉末的质量比为10：(2～5)： (85～88)。
[0015]优选地，步骤(2)所述有机溶剂优选环己烷
[0016]所述湿式球磨条件优选为：磨球材质为WC
‑
Co硬质合金，球料比为3:1，转速250r/min。
[0017]优选地，步骤(3)所述放电等离子烧结的条件如下：
[0018]烧结电流类型为直流脉冲电流，
[0019]烧结压力为20～30MPa，
[0020]烧结升温速率为50～100℃/min，
[0021]烧结温度：1300～1400℃，
[0022]烧结保温时间为5～30min，
[0023]烧结真空度：≤10Pa。
[0024]一种原位生成(Ti,W)C增强WC
‑
Ni3Al复合材料，通过上述方法制备得到；上述复合材料中，所含Ti全部原位生成(Ti,W)C，镍三铝的质量百分含量为9～11％，部分的氧化铝，其余为碳化钨以及不可避免的杂质相。
[0025]本专利技术的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：
[0026](1)本专利技术的制备方法在添加Ti粉的前提下采用原位生成法使WC基体中生成了 (Ti,W)C，添加的Ti粉在烧结过程中先消耗部分O元素形成Ti的氧化物，而后在高温下形成 TiC，进而与WC形成(Ti,W)C固溶体。
[0027](2)本专利技术的制备方法所添加的Ti粉在放电等离子烧结的活化作用下可破碎粉末表面的氧化膜，优先与复合粉末中O元素先结合，减少大尺寸氧化铝的形成从而减弱其对硬质合金性能的削弱影响。
[0028](3)由于此类原位生成的(Ti,W)C与WC界面结合较好，本专利技术制备的WC复合材料硬度和断裂韧性有所提高，同时因为(Ti,W)C具有优良的抗氧化性，其和粘结相金属间化合物 Ni3Al协同可提高WC硬质合金的抗氧化性。
附图说明
[0029]图1a为不同Ti添加量的球磨后混合粉末的XRD图谱
[0030]图1b为不同Ti添加量的混合粉末经烧结后试样的XRD图谱
[0031]图2a为添加Ti粉原位生成TiC增强WC
‑
Ni3Al烧结试样的SEM图像(5000倍)
[0032]图2b为添加Ti粉原位生成TiC增强WC
‑
Ni3Al烧结试样的SEM图像(10000倍)
具体实施方式
[0033]下面结合实施例对本专利技术进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0034]实施例1
[0035](1)机械合金化制备Ni3Al粉末：按以下质量百分比的原料粉末配料：Ni80％、Al 10.70％、 Cr7.85％、Mo 1.44％、B 0.01％，其中Ni、Al、Cr、Mo粉末纯度≥99.9％、粒度1～3μm，B粉末纯度≥99.1％，为无定形的高纯硼粉；将上述原料粉末置于行星式球磨机中进行高能球磨，球磨材质采用WC硬质合金，球料比为10:1，转速为226r/min，并采用高纯Ar气作为保护气氛，球磨30小时制得颗粒尺寸≤250μm的Ni3Al金属间化合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种添加Ti粉原位生成(Ti,W)C增强WC
‑
Ni3Al复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：(1)机械合金化制备Ni3Al粉末：按以下质量百分比的原料粉末配料：Ni79.5～80.50％、Al 10.60～10.70％、Cr 5.23～7.85％、Mo 1.43～1.50％、B 0.005～0.01％；将上述原料粉末进行干式球磨，制得颗粒尺寸≤250μm的Ni3Al金属间化合物粉末；(2)将步骤(1)得到的Ni3Al金属间化合物粉末、钛粉与WC粉末置于有机溶剂中进行湿式球磨，制得混合浆料，然后将上述混合浆料置于真空干燥箱中烘干至溶剂残余量≤1％，碾碎、过筛，得到颗粒尺寸≤250μm的混合粉末；(3)采用放电等离子烧结技术对上述混合粉末进行烧结，得到所述原位生成(Ti,W)C增强WC
‑
Ni3Al复合材料。2.根据权利要求1所述一种添加Ti粉原位生成(Ti,W)C增强WC
‑
Ni3Al复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述Ni、Al、Cr、Mo粉末纯度≥99.9％、粒度为1～10μm，B粉末为纯度≥99.0％的无定形高纯硼。3.根据权利要求1所述一种添加Ti粉原位生成(Ti,W)C增强WC
‑
Ni3Al复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述烘干的温度为70℃。4.根据权利要求1所述一种添加Ti粉原位生成(Ti,W)C增强WC
‑
Ni3Al复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述干式球磨的条件优选为：球磨材质采用WC硬质合金，球料质量比为8:1～10:1，转速为215～226r/min，并采用高纯Ar气作...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小强，吴祖骥，李京懋，徐港来，朱德智，屈盛官，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：