一种低氧含量钢结硬质合金的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低氧含量钢结硬质合金的制备方法，属于材料技术领域。该方法将高分子化合物溶液M1与钢结硬质合金复合粉末混合均匀并形成浆糊状，经干燥处理后进行冷压或冷等静压处理，获得钢结硬质合金冷压生坯；经真空烧结或低压烧结后获得钢结硬质合金真空烧结或低压烧结坯锭。本发明专利技术利用碳还原反应消除原料粉末表面的氧化物膜，降低钢结硬质合金的氧含量，同时还可以改善其烧结性和热加工性，最终实现高致密度、低微观缺陷和高力学性能的钢结硬质合金制备。钢结硬质合金制备。

【技术实现步骤摘要】
一种低氧含量钢结硬质合金的制备方法


[0001]本专利技术涉及材料
，具体涉及一种低氧含量钢结硬质合金的制备方法。

技术介绍

[0002]随着石油化工、采矿、冶炼、机械加工和交通运输等领域的迅猛发展，对高模量、高强度、高硬度、耐磨损和耐腐蚀材料的需求越来越迫切。
[0003]钢结硬质合金是以钢为粘结剂，以硬质化合物作为增强相的一种钢基复合材料，组织特点是微细增强相颗粒均匀分布于钢基体中，故兼有增强相和钢的优点，具有很高的硬度、耐磨性、较高的弹性模量与抗弯强度，比普通硬质合金更好的塑性及韧性等良好的物理和力学性能，同时具有钢的可加工性、可热处理性、可锻性等工艺特性，填补了传统硬质合金(WC
‑
Co等)与钢之间的空白，而且作为粘结相材料的钢种类繁多，为其多样性的性能特点提供了良好的平台。上世纪60年代初，TiC钢结硬质合金首先在美国以Ferro
‑
TiC为商标投放市场以后，世界上许多国家如德国、荷兰、苏联、英国、法国等相继推广和使用开来，主要应用于切削刀具、无削金属加工工具及耐磨构件领域。此外，由于TiC钢结硬质合金具有良好的阻尼特性，被广泛用于制造各种减震工具，如美国波音737飞机的起落架、煤气化工业中的传动螺杆等。
[0004]目前，制备钢结硬质合金的方法有熔体浸渗、CVD、PVD、火焰喷涂、磁控溅射、激光熔覆、原位合成和粉末冶金法等。通常，刚结硬质合金的硬质相(如TiC，4.9g/cm3；B4C，2.5g/cm3；WC，15.5g/cm3)和合金钢粘结相(7.8g/cm3左右)之间的密度差较大，采用传统的铸造法会导致硬质相偏聚，难以制备硬质相分布均匀的材料。因此，需要先将硬质相制备成预制体，然后再将熔融的合金钢粘结相浸渗到硬质相预制体的孔隙中。然而，预制体是由硬质相颗粒堆垛而成，很难调整硬质相的体积分数，极大地限制了钢结硬质合金的可设计性；此外，液相法较高的温度不仅易导致严重的界面反应，还对模具、浸渗设备等提出了更高的要求。因此，目前占主流的仍然是粉末冶金法。粉末冶金法制备钢结合金主要是将硬质相颗粒与铁粉等元素粉末或合金粉末经混合、成型和烧结来制备钢结硬质合金产品的一种工艺。该方法无论是在研究领域还是生产领域能成为应用最为广泛的方法主要是由一系列技术特点决定的：
[0005](1)烧结温度较低，可根据粘结相固
‑
液相线温度控制烧结过程中固
‑
液相的比例；
[0006](2)可充分利用硬质相与钢基体不同成分的组合效果实现各种性能设计要求；
[0007](3)为硬质相含量和尺寸范围的调整提供了条件；
[0008](4)确保了硬质相在钢基体中的均匀性，避免了成分的严重偏析；
[0009](5)较好地抑制了晶粒长大，同时较高的位错密度则为钢结硬质合金获得优越的机械性能提供了可能。
[0010]但是，粉末冶金方法也存在以下一些缺点：
[0011](1)原材料金属粉末在生产、储存和混料等过程中不可避免接触空气，并在金属粉末表明形成氧化膜，这不仅会降低粘结相和硬质相之间的润湿性以及界面结合强度，严重
时甚至导致孔洞等缺陷的形成；
[0012](2)金属粉末表面形成氧化膜还可能导致钢粘结相的晶界脆化，降低钢结硬质合金的抗弯强度和冲击韧性；
[0013](3)虽然细晶强化可以提高材料的强度，但越细的金属粉末其体表面积也越大，大量导入的氧化膜甚至可以降低钢结硬质合金复合粉末的烧结性，最终导致钢结硬质合金的组织疏松、力学性能急剧下降。
[0014]传统的金属还原方法有氢气还原、碳还原等。鉴于Fe元素的化学特性和氢脆等现象，钢铁冶炼通常采用碳还原法。但是，粉末冶金法属于固相法，传统的添加碳粉等方法很难通过体扩散实现碳元素的均匀分布，导致部分区域碳含量过高，而部分区域氧化膜无法被碳还原；此外，研究表明粘结相的碳含量是影响钢结硬质合金脆性的重要因素，局部碳含量过高会导致材料的热锻性、韧性等性能急剧恶化。
[0015]因此，如何降低钢结硬质合金的氧含量、去除金属粘结相晶界和硬质相/粘结相之间相界面的氧化膜，同时不形成碳过量，是制备高性能刚结硬质合金的关键技术之一。

技术实现思路

[0016]本专利技术的目的在于提供一种低氧含量钢结硬质合金的制备方法，所制备的钢结硬质合金具有热锻性好、韧性和强度高等特点，同时对目前常规的粉末冶金法制备工艺及其生产成本的影响较小。
[0017]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0018]一种低氧含量钢结硬质合金的制备方法，包括如下步骤：
[0019](1)制备浓度0.2
‑
10wt.％的高分子化合物溶液M1；
[0020](2)按比例称取钢结硬质合金的硬质相颗粒和粘结相金属粉末，采用机械混料和/或球磨等方法混合均匀，获得钢结硬质合金复合粉末；
[0021](3)按比例将所述溶液M1与步骤(2)获得的钢结硬质合金复合粉末混合均匀并形成浆糊状，获得高分子化合物薄膜包覆的钢结硬质合金复合粉末；
[0022](4)对步骤(3)获得的高分子化合物薄膜包覆的钢结硬质合金复合粉末进行干燥处理；
[0023](5)对步骤(4)干燥处理后的高分子化合物薄膜包覆的钢结硬质合金复合粉末进行冷压或冷等静压处理，获得钢结硬质合金冷压生坯；
[0024](6)对步骤(5)获得的所述钢结硬质合金冷压生坯进行烧结处理，烧结的方式为真空烧结或低压烧结等，烧结后获得钢结硬质合金真空烧结或低压烧结坯锭。
[0025]对步骤(6)获得的钢结硬质合金真空烧结或低压烧结坯锭可进一步进行热等静压烧结，获得钢结硬质合金热等静压烧结坯锭。
[0026]上述步骤(1)中，所述高分子化合物为蔗糖、焦油树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、乙烯焦油和盐酸多巴胺中的一种或几种；所述高分子化合物溶液M1是将高分子化合物溶解于溶剂中形成，所述溶剂为水、汽油、甲苯、醇类、酯类、醚醇类或氯代烃类等液体。
[0027]上述步骤(1)中，采用添加粘料的方式调节所述高分子化合物溶液M1的粘度，所述粘料为松香、天然橡胶、纤维素、聚乙烯醇与合成树脂中的一种或几种；将所述高分子化合物溶液M1的粘度调节至1～100Pa
·
s。
[0028]上述步骤(2)中，所述钢结硬质合金的硬质相颗粒为WC、TiC、TiB2、B4C和Ti(C,N)等颗粒中的一种或几种；所述钢结硬质合金的粘结相粉末为合金钢粉末，如15
‑
5PH、17
‑
4PH、316L以及Fe
‑
Cr
‑
Ni
‑
Co
‑
Mo
‑
Ti系不锈钢粉等；或者，所述钢结硬质合金的粘结相粉末为合金钢组成元素粉末(即制备合金钢的各原料粉末，包括各元素单质粉末和中间合金粉末等，也称为合金钢元素粉)，如Fe粉、Al粉、Cr粉、Ni粉、Co粉、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低氧含量钢结硬质合金的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：(1)制备浓度0.2
‑
10wt.％的高分子化合物溶液M1；(2)按比例称取钢结硬质合金的硬质相颗粒和粘结相金属粉末，采用机械混料和/或球磨等方法混合均匀，获得钢结硬质合金复合粉末；(3)按比例将所述溶液M1与步骤(2)获得的钢结硬质合金复合粉末混合均匀并形成浆糊状，获得高分子化合物薄膜包覆的钢结硬质合金复合粉末；(4)对步骤(3)获得的高分子化合物薄膜包覆的钢结硬质合金复合粉末进行干燥处理；(5)对步骤(4)干燥处理后的高分子化合物薄膜包覆的钢结硬质合金复合粉末进行冷压或冷等静压处理，获得钢结硬质合金冷压生坯；(6)对步骤(5)获得的所述钢结硬质合金冷压生坯进行烧结处理，烧结的方式为真空烧结或低压烧结等，烧结后获得钢结硬质合金真空烧结或低压烧结坯锭。2.根据权利要求1所述的低氧含量钢结硬质合金的制备方法，其特征在于：对步骤(6)获得的钢结硬质合金真空烧结或低压烧结坯锭进行热等静压烧结，获得钢结硬质合金热等静压烧结坯锭。3.根据权利要求1所述的低氧含量钢结硬质合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述高分子化合物为蔗糖、焦油树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、乙烯焦油和盐酸多巴胺中的一种或几种；所述高分子化合物溶液M1是将高分子化合物溶解于溶剂中形成，所述溶剂为水、汽油、甲苯、醇类、酯类、醚醇类或氯代烃类等液体。4.根据权利要求1或3所述的低氧含量钢结硬质合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，采用添加粘料的方式调节所述高分子化合物溶液M...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文广，倪丁瑞，马宗义，肖伯律，薛鹏，王东，刘振宇，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：