一种矿用硬质合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及金属材料领域，具体为一种矿用硬质合金及其制备方法，以重量份数计，包括下列组分：WC 75

【技术实现步骤摘要】
一种矿用硬质合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属材料领域，具体为一种矿用硬质合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]硬质合金号称“工业的牙齿”，自1923年以来，迄今已90年的历史。90年来，硬质合金作为高效工具材料和结构材料，被广泛应用，对工业发展和科学技术进步起到了重要的推动作用。
[0003]WC
‑
Co合金作为一种传统的矿用硬质材料，具有耐磨性、强度、韧性等综合性能强的特点，近年来，世界范围内矿山、能源开采以及重大基础设施建设的蓬勃发展，促进了国内外硬质合金球齿、截齿、盾构齿、铣创齿等矿用类产品的广泛应用与发展，但随着现代科学技术的发展，市场终端用户对硬质合金的使用成本、效率方面的要求越来越高，传统WC
‑
Co合金难以同时满足高硬度和高强度的要求。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对上述技术问题，本专利技术提出了一种矿用硬质合金及其制备方法。
[0005]所采用的技术方案如下：
[0006]一种矿用硬质合金，以重量份数计，包括下列组分：
[0007]WC 75
‑
90份、CoCrFeAlMoN合金粉末5
‑
10份、羰基镍包覆石墨烯0.5
‑
1份、ZrO
2 1
‑
2份、过渡金属元素碳化物1
‑
2份。
[0008]进一步地，以重量份数计，包括下列组分：
[0009]WC 88份、CoCrFeAlMoN合金粉末6份、羰基镍包覆石墨烯0.5份、ZrO21.5份、过渡金属元素碳化物2份。
[0010]进一步地，所述CoCrFeAlMoN合金粉末中Co、Cr、Fe、Al、Mo、N的原子个数比为150
‑
200：150
‑
200：70
‑
80：40
‑
60：20
‑
25：1
‑
5，优选为150：200：75：50：24：1。
[0011]进一步地，所述CoCrFeAlMoN合金粉末的制备方法如下：
[0012]将Co、Cr、Fe、Al、Mo金属粉末加热熔化，通入氮气调整氮含量，得到的合金液滴入雾化喷嘴中，在雾化介质作用下雾化成CoCrFeAlMoN合金粉末。
[0013]进一步地，所述雾化介质为高纯氩气，雾化压力为4.5
‑
5.5MPa。
[0014]进一步地，所述羰基镍包覆石墨烯的制备方法如下：
[0015]将羰基镍汽化为蒸汽，将蒸汽通入包覆炉中与流态化石墨烯粉体进行气相沉积包覆即可。
[0016]进一步地，所述过渡金属元素碳化物为TiC、TaC、VC、Cr3C2、NbC、ZrC、HfC中的任意一种或多种组合，所述过渡金属元素碳化物优选为TiC和VC，所述TiC和VC的质量比为1：1。
[0017]本专利技术还提供了一种矿用硬质合金的制备方法：
[0018]分别配置表面活性剂溶液、氧氯化锆溶液和尿素溶液，将WC、CoCrFeAlMoN合金粉末、羰基镍包覆石墨烯、过渡金属元素碳化物加入表面活性剂溶液中，搅拌均匀后，于加热
条件下滴加氧氯化锆溶液和尿素溶液进行反应，反应结束后冷却至室温，过滤，水洗后真空干燥至恒重，再于氩气保护下550
‑
650℃煅烧90
‑
150min后球磨，得到的混合料装入模具中预压成型后SPS烧结。
[0019]进一步地，预压成型的压力为10
‑
15MPa，时间为1
‑
3min。
[0020]进一步地，SPS烧结时将烧结炉腔内气压抽至6
‑
8Pa，施加30
‑
50MPa压力后开始烧结，烧结温度为1400
‑
1450℃，烧结时间为10
‑
20min。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022]本专利技术提供了一种矿用硬质合金，以WC为硬质相，以CoCrFeAlMoN合金粉末为粘结相，以羰基镍包覆石墨烯、ZrO2、过渡金属元素碳化物作为增强相，其中，CoCrFeAlMoN合金粉末作为粘结相相比于Co粘结相，本征硬度较高，可以有效提升硬质合金的硬度，粘结相中N的引入，可以提高CoCrFeAlMoN合金粉末对WC的润湿性能，改善力学强度，石墨烯在硬质合金基体中阻碍晶粒的生长，起到细化晶粒的作用，并能够阻碍位错运动，进而提高硬质合金的强度，羰基镍包覆石墨烯可以有效阻止高温下合金元素对石墨烯的溶蚀，减小石墨烯的结构损伤，而且相比于电镀法包覆镍，羰基镍包覆均匀程度更高，引入的杂质更少，不会对硬质合金基体产生不利影响，原位生成的ZrO2在硬质合金中分布均匀度高，起到固溶强化、细化晶粒的作用，本专利技术所制备的硬质合金具有较高的抗弯强度和显微硬度。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例1中矿用硬质合金的金相照片。
具体实施方式
[0024]实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本专利技术未提及的技术均参照现有技术。
[0025]实施例1：
[0026]一种矿用硬质合金，以重量份数计，包括下列组分：
[0027]WC 88份、CoCrFeAlMoN合金粉末6份、羰基镍包覆石墨烯0.5份、ZrO21.5份、TiC 1份、VC 1份；
[0028]上述矿用硬质合金的制备方法如下：
[0029]将纯度为99.9wt％的Co、纯度为99.9wt％的Cr、纯度为99.9wt％的Fe、纯度为99.9wt％的Al、纯度为99.9wt％的Mo于加压真空中频感应炉内进行熔化，熔化真空度为4Pa，熔化温度为1650℃，反复熔化5次后，通入氮气调整氮含量，氮气流量为15m3/h，得到的合金液滴入雾化喷嘴中，以高纯氩气为雾化介质，雾化压力为5MPa，在雾化介质作用下雾化成Co
30
Cr
40
Fe
15
Al
10
Mo
4.8
N
0.2
合金粉末，将羰基镍导入闭封的汽化器中加热汽化，汽化温度为65℃，生成羰基镍蒸汽以20sccm的流速进入装有流态化石墨烯粉体的包覆炉中进行气相沉积包覆，包覆炉温度为0
‑
5℃，将表面沉积了羰基镍的石墨烯粉体取出，分别配置一定体积的1wt％Span
‑
80水溶液、5wt％氧氯化锆水溶液和5wt％尿素水溶液(氧氯化锆与尿素的物质的量比为1：1.5)，将WC、Co
30
Cr
40
Fe
15
Al
10
Mo
4.8
N
0.2
合金粉末、羰基镍包覆石墨烯、TiC、VC加入Span...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿用硬质合金，其特征在于，以重量份数计，包括下列组分：WC 75
‑
90份、CoCrFeAlMoN合金粉末5
‑
10份、羰基镍包覆石墨烯0.5
‑
1份、ZrO
2 1
‑
2份、过渡金属元素碳化物1
‑
2份。2.如权利要求1所述的矿用硬质合金，其特征在于，以重量份数计，包括下列组分：WC 88份、CoCrFeAlMoN合金粉末6份、羰基镍包覆石墨烯0.5份、ZrO21.5份、过渡金属元素碳化物2份。3.如权利要求1所述的矿用硬质合金，其特征在于，所述CoCrFeAlMoN合金粉末中Co、Cr、Fe、Al、Mo、N的原子个数比为150
‑
200：150
‑
200：70
‑
80：40
‑
60：20
‑
25：1
‑
5，优选为150：200：75：50：24：1。4.如权利要求1所述的矿用硬质合金，其特征在于，所述CoCrFeAlMoN合金粉末的制备方法如下：将Co、Cr、Fe、Al、Mo金属粉末加热熔化，通入氮气调整氮含量，得到的合金液滴入雾化喷嘴中，在雾化介质作用下雾化成CoCrFeAlMoN合金粉末。5.如权利要求1所述的矿用硬质合金，其特征在于，所述雾化介质为高纯氩气，雾化压力为4.5
‑
5.5MPa。6.如权利要求1所述的矿用...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱佳，相仁发，刘少娟，
申请(专利权)人：长沙超金刚机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：