含锇硬质合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种含锇硬质合金及其制备方法和应用，该含锇硬质合金主要以Co粉、Os粉和硬质相粉为原料混合制备而成，Co粉的质量分数为5％～12％，Os粉的质量为Co粉质量的6％～35％，其余为硬质相粉；含锇硬质合金中，Os固溶于Co相中。制备方法包括配料、原料混合球磨、混合料干燥制粒、成型和烧结，得到含锇硬质合金，可应用于制备硬质合金刀具。本发明专利技术含锇硬质合金中的Os能够对Co相起到固溶强化作用，提高了Co相的显微硬度，使WC晶粒呈钝化态形貌，提高了硬质合金的耐磨性和抗冲击韧性，显著提高了刀具的使用寿命。刀具的使用寿命。刀具的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
含锇硬质合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于粉末冶金领域，涉及一种硬质合金刀具材料及其制备方法和应用，具体涉及一种含锇硬质合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。其具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能。由于硬质合金所具有的特点，其产品主要用于制造切削工具和耐磨零部件，广泛应用于航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具等领域，在机床行业，硬质合金刀具通常被誉为“工业牙齿”。
[0003]在切削加工过程中，硬质合金刀具常见失效形式是磨损、崩缺，失效原因分别是刀具材料的硬度低、强度低。在常规硬质合金材料体系中，提高合金硬度的同时，必须以牺牲合金强度为代价，反之亦然。因此，如何同时提高材料的硬度、强度一直是材料研究者的研究重点，也是急需解决的现有难题。
[0004]公开号为EP3147377A1的专利文献公开了一种硬质合金，通过在粘结相中添加至少一种铂系元素，提高了硬质合金的韧性和耐热性，该专利文献中硬质合金粘结相的两种晶体结构需满足一个关系公式。虽然铂系元素与钴在理论上是无限固溶的，但是在硬质合金应用上，发现铂系元素在粘结相中的质量占比较小时，对硬质合金的性能改善基本没有影响，铂系元素在粘结相中的质量占比较大时，硬质合金的组织结构会出现一些问题，比如粘结相不均、孔隙等缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种含锇硬质合金及其制备方法和应用，Os能够对Co相起到固溶强化作用，使WC晶粒呈钝化态形貌，可提高硬质合金的耐磨性和抗冲击韧性，显著提高刀具的使用寿命。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案。
[0007]一种含锇硬质合金，主要以Co粉、Os粉和硬质相粉为原料混合制备而成，所述Co粉的质量分数为5％～12％，所述Os粉的质量为所述Co粉质量的6％～35％，其余为硬质相粉；所述含锇硬质合金中，Os固溶于Co相中。也就是说，含锇硬质合金的原料包括Co粉、Os粉和硬质相粉，含锇硬质合金由各原料混合制备而成。
[0008]上述的含锇硬质合金，优选的，所述Co粉的Fsss粒度为0.5μm～1.5μm。
[0009]上述的含锇硬质合金，优选的，所述Os粉的纯度不低于99.90％。
[0010]上述的含锇硬质合金，优选的，所述硬质相粉包括WC粉，所述WC粉的Fsss粒度为0.5μm～5.0μm。
[0011]上述的含锇硬质合金，优选的，所述硬质相粉还包括Ta、Nb和Ti中的一种或两种以上的氮化物粉、碳化物粉和/或碳氮化物粉。
[0012]上述的含锇硬质合金，优选的，所述含锇硬质合金的原料还包括抑制剂，所述抑制剂包括Cr3C2粉和/或VC粉。
[0013]上述的含锇硬质合金，优选的，所述含锇硬质合金的原料为Co粉、Os粉、硬质相粉、Cr3C2粉和VC粉，按质量分数计，Co粉为5.00％～12.00％，Os粉的质量为Co粉质量的6％～35％，Cr3C2粉为0～1.25％，VC粉为0～0.89％，硬质相粉为81.66％～94.70％。
[0014]作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种上述的含锇硬质合金的制备方法，包括以下步骤：配料、原料混合球磨、混合料干燥制粒、成型和烧结，得到含锇硬质合金。
[0015]上述的含锇硬质合金的制备方法，优选的，所述烧结为真空烧结或高压烧结，所述烧结的温度为1400℃～1500℃，当所述烧结为高压烧结时，所述高压烧结的压力为40bar～80bar，在烧结冷却阶段，由最高温度快速冷却至400℃以下时，冷却速度控制在5℃/min以上。
[0016]上述的含锇硬质合金的制备方法，优选的，所述成型采用的成型剂为PEG4000和PEG1500的混合物或者PEG4000；所述成型剂的添加量为所述混合料质量的2％～3％，当所述成型剂为PEG4000和PEG1500的混合物时，所述PEG1500的添加量为所述混合料质量的0.3％～0.7％。
[0017]作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种上述的含锇硬质合金或者上述的制备方法制得的含锇硬质合金在制备硬质合金刀具中的应用。
[0018]上述的应用，优选的，所述硬质合金刀具包括硬质合金铣削刀具和硬质合金车削刀具。
[0019]本专利技术中，含锇硬质合金的原料中杂质的质量分数小于0.01％。
[0020]本专利技术中，硬质合金刀具包括含涂层的硬质合金刀具和不含涂层的硬质合金刀具。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0022]本专利技术通过在硬质合金中添加Os元素，并通过控制Os元素和粘结相粉的添加比例，设计使Os元素固溶强化粘结相，显著提高了Co相的显微硬度，使WC晶粒呈“钝化态”形貌，粘结相中立方结构α
‑
Co占主体，从而使硬质合金同时具有很高的耐磨性和抗冲击韧性，实现了刀具寿命的显著提升。
[0023]与硬质相相比，硬质合金中的Co相硬度非常低，在金属切削过程中极容易磨损，本专利技术通过添加特定比例的Os元素固溶强化粘结相，能够明显提高Co相的硬度，从而降低了刀具的切削磨损。
[0024]Os元素添加能使WC晶粒呈“钝化态”形貌，该形貌WC晶粒能够使裂纹发生更多的沿晶偏转、分叉，提高了硬质合金的抗裂纹扩展能力，从而提高了硬质合金刀具的断裂韧性和抗崩性能。Os元素能够抑制WC晶粒的长大，合金中的WC晶粒变细，硬度会升高，硬质合金的耐磨性也会提高。
[0025]硬质合金中的钴相基本上都是α
‑
Co结构，Os固溶在Co相中，由于Os原子半径比Co的大，α
‑
Co衍射峰向低角度偏移。随着Os含量的增加，α
‑
Co峰向低角度偏移，硬质合金的粘结相钴有明显的立方结构α
‑
Co峰，没有明显的六方结构ε
‑
Co峰。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例2的含锇硬质合金的WC晶粒形貌图。
[0027]图2为对比例2的不含锇硬质合金的WC晶粒形貌图。
[0028]图3为本专利技术的含锇硬质合金与不含锇硬质合金的粘结相XRD对比图。
具体实施方式
[0029]以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本专利技术作进一步描述，但并不因此而限制本专利技术的保护范围。以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
[0030]实施例1
[0031]一种本专利技术的含锇硬质合金，由以下原料制备而成：WC粉184.84kg，Co粉12.0kg，TaC粉0.46kg，NbC粉0.30kg，Os粉2.40kg，即按质量分数计，Co粉的质量分数为6％，Os粉的质量为Co粉质量的20％，TaC粉的质量分数为0.23％，NbC粉的质量分数为0.15％，其余为WC粉。该含锇硬质合金中，Os固溶于Co相中。
[0032]本实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含锇硬质合金，其特征在于，主要以Co粉、Os粉和硬质相粉为原料混合制备而成，所述Co粉的质量分数为5％～12％，所述Os粉的质量为所述Co粉质量的6％～35％，其余为硬质相粉；所述含锇硬质合金中，Os固溶于Co相中。2.根据权利要求1所述的含锇硬质合金，其特征在于，所述Co粉的Fsss粒度为0.5μm～1.5μm。3.根据权利要求1所述的含锇硬质合金，其特征在于，所述Os粉的纯度不低于99.90％。4.根据权利要求1所述的含锇硬质合金，其特征在于，所述硬质相粉包括WC粉，所述WC粉的Fsss粒度为0.5μm～5.0μm。5.根据权利要求4所述的含锇硬质合金，其特征在于，所述硬质相粉还包括Ta、Nb和Ti中的一种或两种以上的氮化物粉、碳化物粉和/或碳氮化物粉。6.根据权利要求1～5中任一项所述的含锇硬质合金，其特征在于，所述含锇硬质合金的原料还包括抑制剂，所述抑制剂包括Cr3C2粉和/或VC粉。7.根据权利要求6所述的含锇硬质合金，其特征在于，所述含锇硬质合金的原料为Co粉、Os粉、硬质相粉、Cr3C2粉和VC粉，按质量分数计，Co粉为5.00％～12.00％，Os粉的质量为Co粉质量的6...

【专利技术属性】
技术研发人员：于涛，罗学全，陈康华，温光华，陈响明，王社权，
申请(专利权)人：株洲钻石切削刀具股份有限公司，
类型：发明
国别省市：