一种用于制备低钴极粗晶硬质合金的组合物、低钴极粗晶硬质合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提出了一种用于制备低钴极粗晶硬质合金的组合物、低钴极粗晶硬质合金及其制备方法和应用。低钴极粗晶硬质合金的制备原料包括碳化钨、钴粉、添加剂和成型剂，以碳化钨、钴粉和添加剂的总重量计，碳化钨的用量为93wt％～96wt％，其中，碳化钨包括极粗晶碳化钨、超细晶碳化钨，以碳化钨的总重量计，极粗晶碳化钨的含量为80wt％～95wt％，极粗晶碳化钨的费氏粒度为28μm～38μm，超细晶碳化钨的低温氮吸附粒度Bet为0.1μm

【技术实现步骤摘要】
一种用于制备低钴极粗晶硬质合金的组合物、低钴极粗晶硬质合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于硬质合金
，具体涉及一种用于制备低钴极粗晶硬质合金的组合物、低钴极粗晶硬质合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在煤炭开采、巷道掘进及桩基旋挖等工程领域中，硬质合金是作为直接切削各类岩石的核心关键零部件，在服役过程中常常会受到较大的剪切力与冲击力，主要的失效方式为过早磨损，齿尖碎裂等。因此，要求这类硬质合金不仅要具有优良的抗剪切、抗冲击韧性，同时，在破岩过程中，岩石与渣土等会加剧硬质合金的磨损，故也要求具备较高的耐磨性，此外，硬质合金受剪切冲击过程中会产生大量的热量，这要求合金还要具有较高的抗热疲劳性能。然而，在硬质合金的设计开发过程中，提高合金的耐磨性很可能会降低合金的韧性，增强合金的韧性很可能会弱化其耐磨性，要获得上述所有的优异性能，难度异常之大，唯有找到各项性能最佳的匹配来最大限度提升硬质合金的使用寿命。
[0003]硬质合金中的钴具有较低的硬度、热导率、较高的热膨胀系数及韧性，在相同钴含量下，硬质合金中的WC平均晶粒度增加，合金的韧性将增加，硬度会降低，高温性能将有所改善，因此，低钴极粗晶硬质合金凭借优异的抗剪切、抗冲击韧性、抗热疲劳性及良好的耐磨性等特点逐渐取代常规粗晶硬质合金，成为工程采掘类硬质合金的主流。
[0004]常规的低钴极粗晶硬质合金因WC晶粒粗大和钴含量少，难以实现烧结完全致密化，导致合金中存在较多孔洞和孔隙缺陷，从而使合金韧性降低，另一方面，在恶劣工况长时间作业下，较软的钴相常常会被提前磨损，进而严重影响合金的耐磨性能和使用寿命。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提出了一种用于制备低钴极粗晶硬质合金的组合物、低钴极粗晶硬质合金及其制备方法和应用。采用本专利技术制备的低钴极粗晶硬质合金，有效解决了低钴极粗晶硬质合金的高韧性与高耐磨性难以兼顾的问题，可应用于桩基旋挖、煤炭开采及巷道掘进等领域。
[0006]第一方面，本专利技术提出了一种用于制备低钴极粗晶硬质合金的组合物，其特征在于，所述组合物包括碳化钨、钴粉、添加剂和成型剂，以碳化钨、钴粉和添加剂的总重量计，碳化钨的用量为93wt％～96wt％，
[0007]其中，碳化钨包括极粗晶碳化钨和超细晶碳化钨，以碳化钨的总重量计，极粗晶碳化钨的含量为80wt％～95wt％，余量为超细晶碳化钨；
[0008]所述极粗晶碳化钨的费氏粒度为28μm
‑
38μm，所述超细晶碳化钨的低温氮吸附粒度Bet为0.1μm
‑
0.4μm。
[0009]根据本专利技术，所述极粗晶碳化钨和超细晶碳化钨的判断标准或判断方法为：费氏粒度介于28μm～38μm之间为极粗晶碳化钨，低温氮吸附粒度Bet介于0.1μm
‑
0.4μm之间为超
细晶碳化钨。
[0010]作为本专利技术的具体实施方式，以碳化钨、钴粉和添加剂的总重量计，所述钴粉的用量为3.8wt％～6.9wt％。
[0011]其中，所述钴粉的费氏粒度为0.6μm
‑
2.0μm。
[0012]作为本专利技术的具体实施方式，所述添加剂为碳化铬和碳化硼中的一种或多种，所述添加剂与钴粉的重量比不大于0.1：1，优选为(0.001～0.1):1；所述添加剂的费氏粒度为1.0μm
‑
2.0μm。
[0013]作为本专利技术的具体实施方式，所述成型剂为聚乙二醇例如PEG4000和/或石蜡，以碳化钨、钴粉和添加剂的总重量计，所述成型剂用量为2.0wt％～3.0wt％。
[0014]第二方面，本专利技术提供了所述低钴极粗晶硬质合金，其原料为第一方面所述的组合物。
[0015]作为本专利技术的具体实施方式，所述硬质合金的晶粒尺寸分布范围为1μm
‑
28μm，例如1.0μm、2.0μm、4.0μm、6.0μm、8.0μm、10.0μm、12.0μm、14.0μm、16.0μm、18.0μm、20.0μm、22.0μm、24.0μm、26.0μm、28.0μm，以及它们之间的任意值，优选晶粒尺寸分布范围为2μm
‑
24μm。
[0016]优选地，所述该低钴极粗晶硬质合金的平均晶粒尺寸为7μm
‑
18μm，例如7.0μm、9.0μm、11.0μm、13.0μm、15.0μm、17.0μm、18.0μm，以及它们之间的任意值，优选平均晶粒尺寸为8μm
‑
15μm；
[0017]更优选地，晶粒尺寸小于4μm的晶粒数量占晶粒总数量的5％
‑
15％；
[0018]和/或，晶粒尺寸介于4μm
‑
10μm之间的晶粒数量占晶粒总数量的30％
‑
50％；
[0019]和/或，WC晶粒尺寸大于10μm的晶粒数量占35％
‑
65％。
[0020]作为本专利技术的具体实施方式，所述硬质合金的密度为14.70
‑
15.30g/cm3，所述硬质合金制成的标准合金试样的孔隙度为A02B00。
[0021]根据本专利技术，所述晶粒尺寸指的是金相照片中观察到的主要晶粒的尺寸。所述平均晶粒尺寸指的是通过GB/T 6394
‑
2017金属平均晶粒尺寸测定方法测得的晶粒尺寸。
[0022]本专利技术中的上述原料均可自制，也可商购获得，本专利技术对此不作特别限定。
[0023]第三方面，本专利技术提供了所述低钴极粗晶硬质合金的制备方法，包括以下步骤：
[0024]S1：将超细晶碳化钨、钴粉、添加剂和成型剂混合研磨，得到第一混合料浆；
[0025]S2：将极粗晶碳化钨和步骤S1得到的第一混合料浆混合研磨，得到第二混合料浆；
[0026]S3：将步骤S2得到的第二混合料浆干燥、制粒，并压制成型，得到生坯；
[0027]S4：将步骤S3得到的生坯烧制成型，得到所述低钴极粗晶硬质合金。
[0028]作为本专利技术的具体实施方式，所述步骤S1中，所述混合研磨包括湿法研磨，湿法研磨的条件包括：球料比为(4～7):1，球磨时间50h～70h。所述球料比指的是研磨体的重量与超细晶碳化钨、钴粉和添加剂重量总和之比。
[0029]作为本专利技术的具体实施方式，所述步骤S1中，所述湿法研磨中采用体积浓度为90～95％的酒精作为湿磨介质，例如92％的酒精作为湿磨介质。以超细晶碳化钨、极粗晶碳化钨、钴粉和添加剂的总量计，酒精的加入量满足固液比为0.1L/kg
‑
0.2L/kg。
[0030]作为本专利技术的具体实施方式，所述步骤S2中，所述混合研磨包括湿法研磨，湿法研磨的条件包括：球料比为(0.8
‑
1.5):1，球磨时间为8h
‑
18h。所述球料比指的是研磨体的重
量与超细晶碳化钨、极粗晶碳化钨、钴粉和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制备低钴极粗晶硬质合金的组合物，其特征在于，所述组合物包括碳化钨、钴粉、添加剂和成型剂，以碳化钨、钴粉和添加剂的总重量计，碳化钨的用量为93wt％～96wt％，其中，碳化钨包括极粗晶碳化钨和超细晶碳化钨，以碳化钨的总重量计，极粗晶碳化钨的含量为80wt％～95wt％，余量为超细晶碳化钨；所述极粗晶碳化钨的费氏粒度为28μm
‑
38μm，所述超细晶碳化钨的低温氮吸附粒度Bet为0.1μm
‑
0.4μm。2.根据权利要求1所述的低钴极粗晶硬质合金，其特征在于，以碳化钨、钴粉和添加剂的总重量计，所述钴粉的用量为3.8wt％～6.9wt％，所述钴粉的费氏粒度为0.6μm
‑
2.0μm。3.根据权利要求1或2所述的低钴极粗晶硬质合金，其特征在于，所述添加剂为碳化铬和/或碳化硼，所述添加剂与钴粉的重量比不大于0.1：1，优选为(0.001～0.1):1，所述添加剂的费氏粒度为1.0μm
‑
2.0μm。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的低钴极粗晶硬质合金，其特征在于，所述成型剂为聚乙二醇例如PEG4000和/或石蜡，以碳化钨、钴粉和添加剂的总重量计，所述成型剂用量为2.0wt％～3.0wt％。5.低钴极粗晶硬质合金，其原料为权利要求1
‑
4任一项所述的组合物；优选地，所述低钴极粗晶硬质合金的晶粒尺寸分布范围为1μm
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28μm，优选为2μm
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24μm，和/或，所述低钴极粗晶硬质合金的平均晶粒尺寸为7μm
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18μm，优选为8μm
‑
15μm；更优选地，晶粒尺寸小于4μm的晶粒数量占晶粒总数量的5％
‑
15％；和/或，晶粒尺寸介于4μm
‑
10μm之间的晶粒数量占晶粒总数量的30％
‑
50％；和/或，晶粒尺寸大于10μm的晶粒数量占35％<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘槟赫，张颢，刘国强，何衡，邹卓宏，
申请(专利权)人：株洲硬质合金集团有限公司，
类型：发明
国别省市：