一种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，具体为一种硬质合金及其制备方法，包括合金基体、过渡层和金刚石涂层；所述过渡层为CoTiVNiNb合金层，本发明专利技术所制备的合金基体具有较高的室温硬度和800℃硬度，且韧性良好。且韧性良好。且韧性良好。

【技术实现步骤摘要】
一种硬质合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属材料领域，具体为一种硬质合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]硬质合金因具有高强度、高硬度、高弹性模量，被广泛应用于多种领域，被誉为“工业牙齿”。在应用于一些特殊领域时，不但需要硬质合金具备较高的硬度，还需要具有良好的韧性和耐磨性能，化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)纳米金刚石涂层，是一种在硬质合金基体上，利用CVD法沉积了一层纳米金刚石薄膜涂层的方法，沉积了纳米金刚石涂层的硬质合金既具有硬质合金的强韧性，又兼具了纳米涂层表面平整光滑、摩擦系数小、耐磨等优点，但是由于硬质合金中的Co在CVD金刚石生长条件下促进石墨生长，使CVD金刚石很难形核，从而导致金刚石涂层与硬质合金基体之间的界面结合强度变差，影响应用效果。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：针对上述技术问题，本专利技术提出了一种硬质合金及其制备方法。
[0004]所采用的技术方案如下：
[0005]一种硬质合金，包括合金基体、过渡层和金刚石涂层；
[0006]所述过渡层为CoTiVNiNb合金层。
[0007]进一步地，以重量分数计，所述合金基体包括以下成分：
[0008]Co 6
‑
10％、过渡金属碳化物0.2
‑
0.5％、B2O
3 1
‑
2％、Al2O
3 0.3
‑
0.6％、SrO0.1
‑
>0.2％、稀土氧化物0.5
‑
1％、余量为WC。
[0009]进一步地，所述CoTiVNiNb合金层中Co、Ti、V、Ni、Nb的物质的量比为2
‑
4：1：1：1：0.1
‑
0.2，优选为2：1：1：1：0.1。
[0010]进一步地，所述过渡金属碳化物为TiC、TaC、VC、Cr3C2、NbC、ZrC、HfC中的任意一种或多种组合。
[0011]进一步地，所述过渡金属碳化物为VC和HfC，所述VC和HfC的质量比为1
‑
4：1
‑
4。
[0012]进一步地，所述稀土氧化物为La2O3、CeO2、Y2O3中的任意一种或多种组合，优选为La2O3。
[0013]本专利技术还提供了一种硬质合金的制备方法，具体如下：
[0014]S1:将Co、Ti、V、Ni、Nb粉末按物质的量比混合后，Ar气保护下进行球磨，前40
‑
45h采用干磨，后3
‑
6h进行湿磨，最后干燥得到CoTiVNiNb合金粉末待用，将Co、过渡金属碳化物、B2O3、Al2O3、SrO、稀土氧化物、WC混合球磨后干燥，所得混合料模压成型后真空烧结，先升温至600
‑
650℃保温烧结10
‑
20min，再升温至1300℃
‑
1350℃保温烧结3
‑
6min，自然冷却至室温得到所述合金基体；
[0015]S2:对所述合金基体表面进行清洁后，利用激光熔覆技术、热喷涂技术、冷喷涂技术、磁控溅射技术或电化学沉积技术将CoTiVNiNb合金粉末在所述合金基体表面沉积得到
CoTiVNiNb合金层后，再放入纳米金刚石丙酮悬浮液中超声研磨处理30
‑
50min，取出，清洗干燥后进行金刚石涂层化学气相沉积，反应气源为甲烷、氢气、含硼气体，沉积前先抽真空至本底真空度≤4Pa，再热丝碳化1
‑
2h。
[0016]进一步地，模压成型时的压力为20
‑
50MPa。
[0017]进一步地，所述甲烷、氢气、含硼气体的流量比为1：20
‑
30：0.5
‑
1。
[0018]进一步地，所述含硼气体为硼烷、硼酸三甲酯、硼酸三乙酯或硼酸三丙酯中的任意一种或多种组合。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020]本专利技术提供了一种硬质合金，包括合金基体、过渡层和金刚石涂层，过渡层为CoTiVNiNb合金层，CoTiVNiNb合金层能够阻碍碳和合金基体中石墨化元素钴的扩散，减少金刚石和合金基体的晶格参数、热膨胀系数不匹配而产生的热应力，与金刚石涂层、合金基体两种异质材料均能形成较强的结合键，提高金刚石的形核密度和金刚石涂层的界面结合强度，金刚石涂层化学气相沉积时通入含硼气体，对金刚石生长具有一定的细化作用，最终表现为金刚石涂层的晶粒更均匀、细小，具有更高的界面结合强度、力学强度和光滑程度，合金基体中加入过渡金属碳化物可作为晶粒生长抑制剂，降低晶粒尺寸，并能够通过裂纹偏转、分叉、钉扎和穿晶断裂的协同作用将裂纹扩展尖端应力分散或转移，增加裂纹扩展阻力，并最终提高合金基体硬度和韧性，B2O3、Al2O3、SrO、稀土氧化物在高温烧结时，形成的液相有助于提高WC原子的扩散能力，并可以更好地填充WC粉末间隙，获得更加致密的合金基体，进一步提高硬度和断裂韧性，本专利技术所制备的合金基体具有较高的室温硬度和800℃硬度，且韧性良好。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1中金刚石涂层显微镜下观察压痕；
[0022]图2为本专利技术对比例1中金刚石涂层显微镜下观察压痕；
[0023]图3为本专利技术实施例1中硬质合金的微观截面图；
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]一种硬质合金，包括合金基体、过渡层和金刚石涂层；
[0027]其中，过渡层为CoTiVNiNb合金层。
[0028]以重量分数计，合金基体包括以下成分：
[0029]Co 10％、VC 0.2％、HfC 0.2％、B2O
3 1.5％、Al2O
3 0.5％、SrO 0.1％、La2O30.5％、余量为WC。
[0030]上述硬质合金的制备方法，具体如下：
[0031]将Co、Ti、V、Ni、Nb粉末按2：1：1：1：0.1的物质的量比混合后置于行星式球磨机的球磨罐内，Ar气保护下进行球磨，球料比为10：1，开始前45h采用干磨，后5h采用乙醇作为过
程控制剂进行湿磨，最后80℃干燥10h得到CoTiVNiNb合金粉末待用，按照重量比例称取Co、VC、HfC、B2O3、Al2O3、SrO、La2O3、WC，将其置于行星式球磨机的球磨罐内混合球磨10h后干燥，所得混合料于20MPa下模压成型后真空烧结，先升温至650℃保温烧结15min，再升温至1320℃保温烧结5min，自然冷却至室温得到合金基体，对合金基体表面进行砂纸打磨后，再超声清洗去除表面的油污和磨屑，热风机吹干后，利用高速火焰喷涂将CoTi本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬质合金，其特征在于，包括合金基体、过渡层和金刚石涂层；所述过渡层为CoTiVNiNb合金层。2.如权利要求1所述的硬质合金，其特征在于，以重量分数计，所述合金基体包括以下成分：Co 6
‑
10％、过渡金属碳化物0.2
‑
0.5％、B2O
3 1
‑
2％、Al2O
3 0.3
‑
0.6％、SrO0.1
‑
0.2％、稀土氧化物0.5
‑
1％、余量为WC。3.如权利要求2所述的硬质合金，其特征在于，所述CoTiVNiNb合金层中Co、Ti、V、Ni、Nb的物质的量比为2
‑
4：1：1：1：0.1
‑
0.2，优选为2：1：1：1：0.1。4.如权利要求2所述的硬质合金，其特征在于，所述过渡金属碳化物为TiC、TaC、VC、Cr3C2、NbC、ZrC、HfC中的任意一种或多种组合。5.如权利要求4所述的硬质合金，其特征在于，所述过渡金属碳化物为VC和HfC，所述VC和HfC的质量比为1
‑
4：1
‑
4。6.如权利要求2所述的硬质合金，其特征在于，所述稀土氧化物为La2O3、CeO2、Y2O3中的任意一种或多种组合，优选为La2O3。7.一种如权利要求1
‑
6中任一项所述的硬质合金的制备方法，其特征在于，具体如下：S1:将Co、Ti、V、Ni、Nb粉末按物质的量比混合后，Ar气保护...

【专利技术属性】
技术研发人员：相仁发，谢艳云，邱佳，
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：