铬钒钨复式碳化物强韧化WC-Ni硬质合金的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铬钒钨复式碳化物强韧化WC

【技术实现步骤摘要】
铬钒钨复式碳化物强韧化WC
‑
Ni硬质合金的制备方法


[0001]本专利技术涉及硬质合金制备
，具体是一种微量添加铬钒钨复式碳化物粉末增强 WC
‑
Ni硬质合金力学性能的方法。

技术介绍

[0002]传统WC
‑
Co硬质合金具有较高的硬度、强度和耐磨性能，但其耐腐蚀性较差，难以适应硬质合金密封环在酸、碱、盐等腐蚀性环境下的苛刻使用工况条件。国内外硬质合金密封环材质大多采用WC
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Ni体系，这是因为Ni比Co具有更好的耐蚀性，而且有利于缓解Co资源短缺的问题。然而，由于Ni和Co对硬质相WC的冶金反应机理不同，WC
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Ni合金体系容易出现WC硬质相异常长大和粘结相聚集(即出现“Ni池”)，从而导致WC
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Ni硬质合金在整体力学性能上低于WC
‑
Co硬质合金。因此，必须开发新一代高性能WC
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Ni硬质合金，提升我国机械密封行业的整体技术水平。
[0003]目前，硬质合金业界公认VC和Cr3C2是WC基硬质合金烧结制备过程中最有效的WC 晶粒长大抑制剂，但VC和Cr3C2对WC晶粒长大的抑制机理不同。为提高WC基硬质合金的力学性能，通常可以采用VC和Cr3C2两种不同粉末同时添加，但由于VC/Cr3C2与WC 的密度差异显著，很难确保多组元单一粉末(包括WC粉、Co或Ni粉、VC粉、Cr3C2粉) 在球磨工序阶段实现元素均匀混合。VC和Cr3C2粉末颗粒在WC
>‑
Ni合金显微组织中一旦分散不均，不仅无法有效发挥晶粒长大抑制效果，而且会因为抑制剂的局部聚集导致合金脆化，从而显著降低合金的抗弯强度和断裂韧性。本专利技术通过微量添加Cr3C2‑
VC
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WC复式碳化物粉末，有效抑制WC晶粒长大、消除“Ni池”并强化粘结相，从而实现WC
‑
Ni合金的强度、韧性和硬度的同步提升。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种铬钒钨复式碳化物强韧化WC
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Ni硬质合金的制备方法。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：铬钒钨复式碳化物强韧化WC
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Ni硬质合金的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0006]S1：制备Cr3C2‑
VC
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WC复式碳化物粉末，所述Cr3C2‑
VC
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WC复式碳化物粉末是由Cr、 W、V、C四种元素组成的固溶体粉末，WC组元占Cr3C2‑
VC
‑
WC复式碳化物粉末总质量的 10～30％，Cr3C2与VC两种成分组元的质量比为1:1，按成分配比称取Cr2O3、V2O5、WO3氧化物粉末和炭黑粉末，将称量好的粉末和不锈钢磨球装入球磨罐中，在高能球磨机上进行球磨，球磨转速为1000～1200r/min，球磨时间为2～3h，最后将球磨后的混合料放入真空碳管炉中在1400～1500℃进行真空碳热还原2～4h；
[0007]S2：球磨混合，将硬质合金原料粉末装入硬质合金球磨罐中，加入酒精和硬质合金磨球进行球磨混合36～48h，球磨转速为50～80r/min。所述硬质合金原料粉末包括硬质相粉末、Cr3C2‑
VC
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WC复式碳化物粉末和粘结相粉末，所述Cr3C2‑
VC
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WC复式碳化物粉末占硬质合金原料粉末总质量的0.1～0.6％，所述粘结相粉末为Ni，所述粘结相粉末占硬质合金原
料粉末总质量的6～15％，所述硬质相粉末为WC，所述硬质相粉末占硬质合金原料粉末总质量的剩余质量；
[0008]S3：压制成型，将步骤S2制备的球磨混合料放入烘箱，在60～80℃下干燥2～4h，然后掺入成型剂制粒；将粒料放入模具中压制成型获得硬质合金压坯，所述成型剂占球磨混合料总质量的1％～2％，所述成型剂包括石蜡、橡胶、聚乙二醇，也可以采用其他常见的成型剂；
[0009]S4：低压烧结，将步骤S3制备的硬质合金压坯放入低压烧结炉中，在真空气氛中以3～5℃ /min升温速率加热，然后在300～400℃保温0.5～1h脱除成型剂，在1150～1220℃进行固相烧结0.5～1h，最后升温至1400～1450℃烧结保温1～1.5h，在保温结束前的0.5～1h通入4～5MPa的 Ar气体进行压力烧结，最后随炉冷却，得到WC
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Ni硬质合金。
[0010]在Cr3C2‑
VC
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WC复式碳化物粉末里加入WC组元的目的主要有两个，一是高密度WC 的加入可提高Cr3C2‑
VC
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WC复式碳化物粉末的整体密度，有利于合金制备中Cr3C2‑
VC
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WC 复式碳化物粉末与硬质相WC粉末的均匀混合，有利于充分发挥Cr3C2‑
VC
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WC复式碳化物强韧化合金的最大效能。二是在Cr3C2‑
VC
‑
WC复式碳化物加入WC，可确保Cr3C2和VC抑制剂在复式碳化物制粉时就发生固溶反应，有效调节了高温烧结时WC在Ni中溶解析出过程。WC加入太多，复式碳化物粉末中的Cr3C2和VC总含量减少，强韧化合金效果降低，故WC一般不超过30％；WC加入太少，与Cr3C2和VC发生固溶反应的WC也同样减少，无法满足复式固溶体粉末的制备目的，且WC太少会导致Cr3C2‑
VC
‑
WC复式碳化物粉末的密度低，无法实现Cr3C2‑
VC
‑
WC复式碳化物粉末与硬质相WC粉末的均匀混合，所以 Cr3C2‑
VC
‑
WC复式碳化物粉末中WC的下限为10％。
[0011]WC
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Ni硬质合金主要有WC和Ni两相组成，为了保持合金高硬度，硬质相WC的含量一般维持在90％左右。WC含量越高，合金脆性越大，高硬度硬质合金的WC含量上限一般为94％。WC含量减少，合金硬度减少，耐磨性会显著降低，所以为了保持合金的高耐磨性， WC含量一般不能低于85％。因此，Ni粉末占硬质合金原料粉末总质量的比例为6～15％。
[0012]本专利技术的有益效果是：
[0013]1、本专利技术通过在WC
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Ni硬质合金中微量添加Cr3C2‑
VC
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WC复式碳化物粉末，改善粘结相Ni与硬质相WC之间的润湿性，有效调控WC硬质相在粘结相Ni中的溶解析出过程，抑制WC晶粒长大、消除“Ni池”并强化粘结相，从而实现WC
‑
Ni合金的强度、韧性和硬度的同步提升。
[0014]2、本专利技术通过高能球磨制粉及硬质合金低压烧结技术，仅需0.6wt％(重量含量百分数) 以内的微量添加Cr3C2‑
VC
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WC复式碳化物粉末，即本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铬钒钨复式碳化物强韧化WC
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Ni硬质合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：制备Cr3C2‑
VC
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WC复式碳化物粉末，所述Cr3C2‑
VC
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WC复式碳化物粉末是由Cr、W、V、C四种元素组成的固溶体粉末，WC组元占Cr3C2‑
VC
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WC复式碳化物粉末总质量的10～30％，Cr3C2与VC两种成分组元的质量比为1:1，称取Cr2O3、V2O5、WO3氧化物粉末和炭黑粉末，将称量好的粉末和不锈钢磨球装入球磨罐中，在高能球磨机上进行球磨，最后将球磨后的混合料放入真空碳管炉中进行真空碳热还原；S2：球磨混合；S3：压制成型；S4：低压烧结。2.根据权利要求1所述的铬钒钨复式碳化物强韧化WC
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Ni硬质合金的制备方法，其特征在于：所述步骤S2将硬质合金原料粉末装入硬质合金球磨罐中，加入酒精和硬质合金磨球进行球磨混合。3.根据权利要求2所述的铬钒钨复式碳化物强韧化WC
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Ni硬质合金的制备方法，其特征在于：所述硬质合金原料粉末包括硬质相粉末、Cr3C...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建涛，雷本禄，钟健，陈桂芳，郭其勇，侯荣，
申请(专利权)人：自贡中兴耐磨新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：