一种双形态硬质合金及其制备方法技术

本发明专利技术属于硬质合金技术领域，本发明专利技术公开了一种双形态硬质合金及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：将碳化钨、钴、碳化钛、钨粉和石墨粉进行球磨得到混合粉末；混合粉末经干燥、细化、过筛、成型、烧结，即得双形态硬质合金。在本发明专利技术中，棱柱状WC晶粒由WC原料粉末提供，板状WC通过“W粉+石墨+Co粉的混合粉末”扁平化处理后高温烧结得到，所以，该方法可制备出同时具备棱柱状和板状WC晶粒的硬质合金。该合金与单晶粒形态硬质合金相比，具有更高的硬度、断裂韧性和横向断裂强度。断裂韧性和横向断裂强度。断裂韧性和横向断裂强度。

【技术实现步骤摘要】
一种双形态硬质合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及硬质合金
，尤其涉及一种双形态硬质合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]硬质合金是一种非常重要的工业材料，具有高强、高韧、强耐磨性以及良好的红硬性等优点，广泛应用于制备难加工材料刀具、矿山凿岩工具及耐磨耐蚀零件，被誉为“工业的牙齿”。常用钨钴合金中碳化钨为硬质相，钴为粘结相，提高硬质相的百分比能提高合金的硬度，提高粘结相的百分比能提高合金的韧性，在硬质相和粘结相的百分比无法同时提高的客观因素下，硬度与韧性难以同时兼顾已成为共识。随着纳米和超细晶WC硬质合金材料的开发，从细化硬质相颗粒的角度实现了硬质合金材料硬度和韧性的“双高”。板状WC晶硬质合金则是从改善硬质相颗粒的形态的角度，为实现硬度和韧性的兼顾提供了另一条有效途径，当硬质合金中存在板状WC颗粒且其含量高于20％(质量分数)时，硬质合金会具有高硬度、高韧性、良好的高温蠕变性及高温疲劳强度等一系列优异的力学性能。
[0003]与普通棱柱状WC晶体硬质合金相比，板状晶硬质合金具有更高的韧性。板状WC晶粒的生成主要与烧结工艺有关，就目前的制备方法而言，板状WC晶粒的形成机理主要有以下三种。一是以溶解
‑
析出的方式生成。二是通过在化学介质中成核并使得WC晶粒向(0001)面择优长大。三是以扁平化的W粉作为定向排布及板状形态的形成基础，通过对W粉+石墨+Co粉的混合粉末进行烧结形成板状晶。但是，在合金力学性能研究中发现，普通硬质合金中，棱柱状WC晶粒随机排列，力学性能具有均一性。而板状WC晶粒的力学性能与择优取向程度密切相关，例如：当板状WC混乱排列时，硬质合金具有力学均一性；当板状WC处于高度定向排列时，合金的力学性能出现了各向异性。然而，在利用板状WC晶粒提升硬质合金综合性能的同时，还应考虑合金在不同方向上的力学性能应具有均匀性，以提高合金整体性能。
[0004]因此，如何制备出一种具有高强度、高韧性以及良好的高温蠕变性和高温疲劳强度的硬质合金成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种双形态硬质合金及其制备方法，该方法可制备出同时具备棱柱状和板状WC晶粒的硬质合金，可有效克服因板状WC高度定向排列所带来的力学性能各向异性，明显提高合金的硬度、横向断裂强度和断裂韧性。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种双形态硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将碳化钨、钴、碳化钛、钨粉和石墨粉进行球磨得到混合粉末；混合粉末经干燥、细化、过筛、成型、烧结，即得双形态硬质合金。
[0009]进一步的，以质量百分比计，所述碳化钨的添加量为35～45％、钴的添加量为9～10.1％、碳化钛的添加量为0.5～1.2％、钨粉的添加量为45～46％、石墨粉的添加量为2.5～6.2％。
[0010]进一步的，所述碳化钨的粒径为1.8～2.2μm，钴的粒径为0.6～1μm，碳化钛的粒径为0.8～1.2μm，钨粉的粒径为4.8～5.2μm，石墨粉的粒径为9.8～10.2μm。
[0011]进一步的，所述球磨的转速为260～350r/min，球磨比为8～12:1，球磨时间为45～50h，球磨过程中加入无水乙醇和石蜡。
[0012]进一步的，所述干燥的温度为70～80℃，干燥的时间为1～2h。
[0013]进一步的，所述经细化、过筛后的混合粉末的粒径≥200目。
[0014]进一步的，所述烧结为两次烧结，在第一次烧结时，由室温升到第一烧结温度，烧结50～80min；再由第一烧结温度升温至第二烧结温度，烧结50～80min；再由第二烧结温度升温至第三烧结温度，烧结50～80min；然后由第三烧结温度降温至室温，即完成第一次烧结；
[0015]第一次烧结完成后，在真空度为5
×
10
‑4～5
×
10
‑3Pa的真空下进行第二次烧结，由室温升温至第一烧结温度，烧结50～80min；再由第一烧结温度升温至第二烧结温度，烧结50～80min；再由第二烧结温度升温至第三烧结温度，烧结50～80min；再由第三烧结温度升温至第四烧结温度，烧结50～80min；再由第四烧结温度升温至第五烧结温度，烧结50～80min；然后由第五烧结温度降温至室温，即完成第二次烧结。
[0016]进一步的，所述第一次烧结中，由室温升到第一烧结温度的升温速率为5～7℃/min，第一烧结温度为180～220℃；由第一烧结温度升温至第二烧结温度的升温速率为5～8℃/min，第二烧结温度为380～440℃；由第二烧结温度升温至第三烧结温度的升温速率为8～12℃/min，第三烧结温度为650～700℃；由第三烧结温度降温至室温的降温速率为3～5℃/min；
[0017]所述第二次烧结中，由室温升到第一烧结温度的升温速率为8～12℃/min，第一烧结温度为280～320℃；由第一烧结温度升温至第二烧结温度的升温速率为8～12℃/min，第二烧结温度为580～620℃；由第二烧结温度升温至第三烧结温度的升温速率为8～12℃/min，第三烧结温度为880～920℃；由第三烧结温度升温至第四烧结温度的升温速率为8～12℃/min，第四烧结温度为1180～1220℃；由第四烧结温度升温至第五烧结温度的升温速率为5～7℃/min，第五烧结温度为1360～1420℃；由第五烧结温度降温至室温的降温速率为1～4℃/min。
[0018]本专利技术还提供了上述制备方法所制备的双形态硬质合金。
[0019]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0020]在本专利技术中，棱柱状WC晶粒由WC原料粉末提供，板状WC通过“W粉+石墨+Co粉的混合粉末”扁平化处理后高温烧结得到，进而制备出了同时具备棱柱状和板状WC晶粒的硬质合金。并且，在制备过程中，因为添加了少量的TiC介质，对板状晶的形成起到了良好的促进作用；同时通过补碳的方式对原料粉末中的碳总量进行控制，在弥补被氧化损失的碳之外，还能较好的控制合金在烧结过程中不形成脆硬和影响合金性能的缺碳相。本专利技术所制备的具备棱柱状和板状WC晶粒的硬质合金与单晶粒棱柱状WC形态硬质合金相比，还具有更高的硬度、横向断裂强度和断裂韧性。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例3所制备的双形态硬质合金的SEM形貌图；
[0022]图2为本专利技术实施例3所制备的双形态硬质合金的XRD图谱。
具体实施方式
[0023]本专利技术提供了一种双形态硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
[0024]将碳化钨、钴、碳化钛、钨粉和石墨粉进行球磨得到混合粉末；混合粉末经干燥、细化、过筛、成型、烧结，即得双形态硬质合金。
[0025]以质量百分比计，所述碳化钨的添加量为35～45％、钴的添加量为9～10.1％、碳化钛的添加量为0.5～1.2％、钨粉的添本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双形态硬质合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将碳化钨、钴、碳化钛、钨粉和石墨粉进行球磨得到混合粉末；混合粉末经干燥、细化、过筛、成型、烧结，即得双形态硬质合金。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以质量百分比计，所述碳化钨的添加量为35～45％、钴的添加量为9～10.1％、碳化钛的添加量为0.5～1.2％、钨粉的添加量为45～46％、石墨粉的添加量为2.5～6.2％。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碳化钨的粒径为1.8～2.2μm，钴的粒径为0.6～1μm，碳化钛的粒径为0.8～1.2μm，钨粉的粒径为4.8～5.2μm，石墨粉的粒径为9.8～10.2μm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述球磨的转速为260～350r/min，球磨比为8～12:1，球磨时间为45～50h，球磨过程中加入无水乙醇和石蜡。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为70～80℃，干燥的时间为1～2h。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述经细化、过筛后的混合粉末的粒径≥200目。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述烧结为两次烧结，在第一次烧结时，由室温升到第一烧结温度，烧结50～80min；再由第一烧结温度升温至第二烧结温度，烧结50～80min；再由第二烧结温度升温至第三烧结温度，烧结50～80min；然后由第三烧结温度降温至室温，即完成第一次烧结；第一次烧结完成后，在真空度为5
×
10
‑4～5
×
10

【专利技术属性】
技术研发人员：夏小群，弓满锋，易长乐，王俊城，周冠南，严泽杨，叶晓红，黄怡芳，
申请(专利权)人：岭南师范学院，
类型：发明
国别省市：