一种纳米晶硬质合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种纳米晶硬质合金及其制备方法，合金由下述组分按重量百分含量组成：Co：4

【技术实现步骤摘要】
一种纳米晶硬质合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及粉末冶金材料
，具体地，涉及一种纳米晶硬质合金，以及该合金的制备方法。

技术介绍

[0002]纳米WC粉早在上世纪就已研发和量产，但是纳米硬质合金由于混合均匀难度大和烧结容易异常长大，纳米硬质合金在国内一直没有量产。市面上的纳米硬质合金普遍采用纳米WC粉200
‑
300nm，但是实际合金粒度检测都在300nm以上，且Co相分布不均匀，大大限制了纳米硬质合金的发展。如何将纳米粉末分散混合均匀，并解决烧结异常长大问题，是制备纳米WC/Co硬质合金的关键。
[0003]硬质合金粉末传统球磨技术对于超细硬质合金球磨时间已经延长至60h以上，而且对于超细WC粉末进一步延长球磨时间无法起到微观分散混合的效果。为了抑制超细WC烧结异常长大，通常采用添加晶粒抑制剂的方法，主要抑制剂成分是VC、Cr3C2和TaC。但是抑制剂分布不均匀，对烧结晶粒长大的抑制效果也受到了限制。
[0004]经检索，中国专利技术专利申请号为CN201811233774.3，该申请公开一种带内孔的纳米晶硬质合金棒材及其制备方法，所述硬质合金棒材是按照下述重量份原料制备的：混合粉末90.5～92.5％，成型剂7.5～9.5％。其中混合粉末包含WC粉98.50～99.65％、Co粉0～0.8％、晶粒抑制剂0.35％～0.75％；其中成型剂由聚乙二醇、低分子聚合物和高分子聚合物组成。所述硬质合金棒材的具体制备方法包括球磨、混炼、制粒、注射成形、脱脂和烧结等工艺。/>[0005]该专利所生产的硬质合金属于无钴硬质合金，球磨混合粉末主体是WC，一般混合多种粉末，粉末体积或重量比越大，混合分散效果越好。
[0006]目前尚没有采用真空球磨工艺和复合Cr2C3、VC、TaC抑制剂制备超细和纳米晶硬质合金的公开报道。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种纳米晶硬质合金及其制备方法。
[0008]根据本专利技术的一个方面，提供一种纳米晶硬质合金，由下述组分按重量百分含量组成：
[0009]Co：4
‑
15％
[0010]Cr3C2：0.012
‑
1.65％(相当于Co含量的0.3
‑
11％)
[0011]VC：0.05
‑
0.6％
[0012]TaC：0.05
‑
0.6％
[0013]余量为WC，各组分之和为100％，且VC+TaC≤1.1％。
[0014]本专利技术中，各组分的平均尺寸为：WC≤0.3μm，Co粉≤1.0μm，Cr3C2粉≤1.2μm，VC粉
≤1.2μm，TaC粉≤1.2μm。
[0015]本专利技术上述组分中：
[0016]Co粉，作为硬质合金粘接相，提供合金韧性。
[0017]Cr3C2粉，作为晶粒抑制剂，溶于Co相，抑制WC晶粒长大，提高合金耐腐蚀性。
[0018]VC粉，作为晶粒抑制剂，固溶于WC，抑制WC晶粒长大，但是会增加合金脆性。
[0019]TaC粉，作为晶粒抑制剂，固溶于Co和WC，抑制WC晶粒长大，提高合金高温硬度，不影响Cr3C2在Co中的固溶度。
[0020]上述粉末添加，属于复合抑制剂添加，可以提高抑制剂在合金中的总固溶度，避免单一抑制剂添加过量造成的抑制剂偏析，降低合金强度。经研究发现，Cr3C2可以细化TaC粒度，采用复合抑制剂可以提高抑制剂在合金中的分散度。
[0021]根据本专利技术的另一个方面，提供一种纳米晶硬质合金的制备方法，包括：
[0022]S1：按照合金配比取各粉末依次加入球磨机中球磨，其中，在球磨时采用先抽真空再加球磨介质的方法，促使粉末充分分散，提高混合均匀性；
[0023]S2：将制备好的待压制粉末进行成型；
[0024]S3：将成型后坯料进行烧结，得到纳米晶硬质合金。
[0025]可选地，所述在球磨时采用先抽真空再加球磨介质的方法，包括：取C粉和相应的粉末依次加入球磨机中，抽真空，真空度达到100pa以下，加酒精球磨；打开球磨罐，加入PEG或石蜡成型剂，再继续球磨至混合均匀；球磨后的粉末进行喷雾干燥制粒。
[0026]本专利技术能解决纳米晶WC/Co硬质合金相成份及尺寸分布不均匀的问题，采用上述组分配比合理，新型高效球磨工艺(常用球磨工艺没有抽真空，本专利技术使用真空球磨提高粉末在球磨介质中的分散性)，有效解决了WC/Co以及抑制剂的分散均匀性，在合金烧结阶段完美实现抑制晶粒长大效果，制备出高硬度与高强度的纳米晶硬质合金。
[0027]本专利技术中的Co含量在4
‑
15％，WC与Co的重量比与现有技术相差较大，其混合均匀的难度更大。所以在球磨时采用先抽真空再加球磨介质的方法，促使粉末充分分散，提高混合均匀性。Co含量不同，带来最终的合金硬度、强度不同，用途不同。本专利技术得制备的合金应用于切削工具，需兼顾强韧性，不仅仅考虑耐磨件，重点考虑硬度，同时强度要求低很多。
[0028]与现有技术相比，本专利技术实施例具有如下至少一种有益效果：
[0029]本专利技术在传统硬质合金制备工艺和设备基础上，通过优化配方，改进球磨工艺，最终实现烧结硬质合金的相组成及尺寸均匀，无异常长大的WC晶粒，合金WC平均晶粒低于300nm。
[0030]本专利技术的优势在于多种复合抑制剂，并且根据抑制剂固溶度合理设计比例分配，结合优化后的球磨工艺，获得WC晶粒均匀细小，Co相分布均匀的纳米晶硬质合金，合金硬度和强度指标高于超细晶硬质合金，可满足工业化生产。
[0031]综上所述，本专利技术组分配比合理，球磨工艺简单高效，有效分散了WC、Co以及抑制剂粉末，烧结达到均匀抑制晶粒长大的效果，适用于工业化生产。
附图说明
[0032]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0033]图1为本专利技术一实施例的纳米晶硬质合金SEM图；
[0034]图2为对比原工艺纳米晶硬质合金SEM图；
[0035]图3为本专利技术一实施例的纳米晶硬质合金合金的电镜图；
[0036]图4为对比例的合金电镜图。
具体实施方式
[0037]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0038]本专利技术主要是提供一种纳米晶硬质合金及其制备方法，该制备的合金应用于切削工具，需兼顾强韧性，重点考虑硬度，同时强度要求低很多。
[0039]具体的，纳米晶硬质合金由下述组分按重量百分含量组成：Co：4
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15％；Cr3C2：0.012
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米晶硬质合金，其特征在于：由下述组分按重量百分含量组成：Co：4
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15％Cr3C2：0.012
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1.65％VC：0.05
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0.6％TaC：0.05
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0.6％余量为WC，各组分之和为100％，且VC+TaC≤1.1％。2.根据权利要求1所述的纳米晶硬质合金，其特征在于，各组分的平均尺寸为：WC≤0.3μm，Co粉≤1.0μm，Cr3C2粉≤1.2μm，VC粉≤1.2μm，TaC粉≤1.2μm。3.一种权利要求1所述的纳米晶硬质合金的制备方法，其特征在于，包括：S1：按照合金配比取各粉末依次加入球磨机中球磨，其中，在球磨时采用先抽真空再加球磨介质的方法，促使粉末充分分散，提高混合均匀性；S2：将制备好的待压制粉末进行成型；S3：将成型后坯料进行烧结，得到纳米晶硬质合金。4.根据权利要求3所述的纳米晶硬质合金的制备方法，其特征在于，所述在球磨时采用先抽真空再加球磨介质的方法，包括：取C粉和相应的粉末依次加入球磨机中，抽真空，真空度达到100pa以下，加酒精球磨；打开球磨罐，加入PEG或石蜡成型剂，再继续球磨至混合均匀；球磨后的粉末进行喷雾干燥制粒。5.根据权利要求1所述的纳米晶硬质合金的制备方法，其特征在于，所述将...

【专利技术属性】
技术研发人员：王年，陈晓，谢应红，黄云刚，
申请(专利权)人：温州宏丰合金有限公司，
类型：发明
国别省市：