一种超细硬质合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种超细硬质合金，原料中各组分的重量百分含量为８．０－９．０％的Ｃｏ、０．５－１．０％的ＴａＣ、和余量含０．３－２．０％Ｃｒ↓［３］Ｃ↓［２］的ＷＣ；其制备方法包括配料、湿磨、喷雾干燥、压制成型和烧结。本发明专利技术明确限定了原料中各组分的优化技术条件以及制备各步骤的优化工艺条件。所述超细硬质合金具有很好的硬度和强度性能：横向断裂强度≥２８００ＭＰａ，硬度≥９２．５ＨＲＡ，矫顽磁力为２６－３５ＫＡ／ｍ，ＷＣ平均晶粒度为２００－４００ｎｍ。本发明专利技术还公开了所述超细硬质合金应用于制备硬质合金刀具的用途。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于粉末冶金领域，特别涉及一种WC-Co超细硬质合金及其制备方法和应用。
技术介绍
WC—Co硬质合金因具有高的强度、硬度以及优良的耐磨性和抗氧化性，被广泛地应 用于机械加工、石油、矿山、模具和结构耐磨件等领域。根据合金中WC的晶粒度， 一般 将WC—Co硬质合金分为超细硬质合金和纳米硬质合金。ISO / TC190技术委员会的硬质 合金晶粒度分级标准把晶粒度小于0.2pm(200nm)的硬质合金定义为纳米硬质合金，而把晶 粒度为0.2pm(20Onm) 0.5imi(50Onm)的硬质合金定义为超细硬质合金。超细硬质合金具有 高强度、高硬度、高耐磨性等优良性能，满足了.现代工业和特种难加工材料的发展.因而 近10年来超细硬质合金一直是国际硬质合金学术和产业界研究的热点。超细硬质合金的制备一般要经过配料、湿磨、干燥、成型及烧结等工艺步骤。公开号 1544675A、 1480546A、 1775973A和1827264A的多篇专利文献中，都公开了不同原料配比， 例如WC粉和Co粉的粒度、晶粒长大抑制剂的选择，不同湿磨条件、不同烧结工艺的超 细硬质合金制备方法。但上述专利文献都没有限定WC粉和Co粉以及晶粒长大抑制剂的 其他性能，比如总含碳量、化合碳量、游离碳量、含氧量等，也没有公开干燥的具体工艺 条件；而超细硬质合金的质量受各步生产工艺的影响都很大，如果生产工艺控制不当，很 容易在合金中产生微孔隙、聚晶、钴池、晶粒长大和夹粗等缺陷，从而影响到超细硬质合 金的综合性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种各步生产工艺充分优化后制备的超细硬质合金及其制备方法 和应用。为了解决上述问题，本专利技术首先公开了一种超细硬质合金，其原料的组成及重量百分 比为8.0-9.0%的Co粉，0.5-1.0%的TaC粉，余量为含Cr3C2的WC粉，C。C2在WC中 的重量百分比为0.3-2.0%;所述各组分的技术条件为_表l Co粉技术条件_纯度％费氏粒度Oun)松装密度(g/cm3) D5o(|_im)氧％ 碳％^99.0 Sl.O 0.40 0.75 58 ^).60 $0.05_表2 TaC技术条件_费氏粒度0im) 总碳％ 游离碳％_￡6.25_^0.10_表3 WC粉技术条件_FsssOm) 总碳％化合碳％ 游离碳％ 氧％$0.8_6.10-6.20 26.10 ￡0.05 ，8本专利技术优选含0.3-1.0 (重量)。/。Cr3C2的WC。含Cr3C2的WC已经有市售商品，其制备工艺大致为a) 焙解将仲钨酸铵(APT)原料加入回转炉内，在大约600-800。C温度下，通入氨气，维 持炉内还原气氛，仲钨酸铵(APT)在高温和微弱的还原气氛下生成蓝钨或紫钨，其 总反应式为5(NH4)20.12W03.5H2o5^ ^ W03-x+H2OT+NH3Tb) 还原将焙解后的蓝钨或紫钨在还原炉内经过2-5小时，600-90(TC的高温，在氢气保护 气氛下，还原成费氏平均金属钨粉，其化学反应式为通入氢气k W03_x+H2 - W+H2OTc) 碳化将金属钨粉与炭黑、三氧化二铬粉末在惰性气体保护下混合，然后在碳化炉内经 过1200-150(TC的高温，通入纯净氢气作媒介和保护气氛，反应生成碳化钨和碳化铬。 W+G~~ WC Cr203 + C~~Cr3C2 + C02T 然后经过粉碎、过筛得到粒度合乎要求的含有碳化铬的碳化钨粉末。所述碳化钩 粉末在使用前必须抽真空或者通入惰性气体保护。Cr3C2与WC—起制备，不仅可以有效地抑制WC生成过程中WC晶体的长大，而 且Cr3C2在WC分子周围分布地更均匀，在以后与Co粉、TaC粉一起烧结时，也能更 好地抑制WC晶粒的长大。所述超细硬质合金的制备方法包括配料、湿磨、喷雾干燥、模压成型和烧结，具体工艺步骤如下1) 配料按照配方比例准备符合要求的Co粉、TaC粉和含有Cr3C2的WC粉，&3(32相对 于WC的重量百分比为0.4-2.0%;2) 湿磨将配好料的原料粉加入球磨机，球料比为3-6: 1，用酒精做湿磨介质，液固比为 300-500ml/Kg，占所述原料1.8-2.3 (重量)％的石蜡以熔融液体的形式在原料加入前 0.3-1.0hr倒入球磨机,总湿磨时间60-80小时；3) 喷雾干燥将步骤2湿磨好的料浆在喷雾干燥塔内进行，喷雾干燥，得混合料，工艺参数如下料浆含固率70%-80%， 喷嘴涡旋片组合1.1， 1.2， 雾化压力800-1200 Kpa， 油加热器油温S30(TC， 塔内压力g.OKpa，塔内含氧量3.5%， 塔体N2气入口温度5200°C, 塔体N2气出口温度S100。C, 旋风压差1.0-1.5 Kpa， 淋洗塔出口温度S35°C， 料温S40。C;4) 压制成型在单位压制压力3-8MPa下将步骤3得到的混合料压制成型；5) 烧结在压力烧结炉中进行烧结，压力控制在3-8MPa，工艺参数如下300°C——550°C 脱蜡段 100-200min，1100°C—-13S0°C 预烧段 30-120min，1390°C—1500°C 烧结段 40-100min;在所述喷雾干燥过程中，优选的塔内压力为2.4-3.0 Kpa;塔体N2气入口温度为 150-25(TC;塔体N2气入口温度为80-120°C。在所述烧结过程中，各阶段的优选工艺参数为 370°C——450°C 脱蜡段 120-180min，1200°C—-1260°C 预烧段 40-60min，13卯。C—-1425°C 烧结段 50-90min。所述喷雾干燥过程中，"喷嘴涡旋片组合1.1， 1.2"指的是涡旋片的直径。 所述湿磨步骤中，预先加入的石蜡作为成型剂使用。7采用上述方法制备的超细硬质合金中的WC平均晶粒度为200-400nm，横向断裂强度 22800 Mpa，硬度292.5HRA，矫顽磁力为26-35KA/m，孔隙度为A02、 B00、 C00。本专利技术所述的孔隙度是指孔隙在材料中所占的体积百分比，对超细硬质合金的综合性 能影响很大。有资料表明如果能使合金完全致密化，合金的综合性能可提高15%以上(超细硬质合金生产过程中的质量控制，粉末冶金技术，2007， 25 (4): 284-288)。孔隙 度利用光学显微镜金相法测定，即依据《硬质合金孔隙度和非化和碳的金相测定》(GB/T3489-1983)，将制得的硬质合金金相样品在光学显微镜下放大100倍(或200倍)， 与标准图片进行对比确定等级.。根据孔隙的大小和类别分为A、 B、 C和大于25微米的孔 洞四类。A类孔隙为小于IO微米的孔，分为A02、 A04、 A06、 A08四个级别，未发现A 类孔隙为AOO。 B类孔隙为10-25微米的孔，分为B02、 B04、 B06、 B08四个级别，未发 现B类孔隙为BOO。 C类孔隙为石墨夹杂，分为C02、 C04、 C06、 C08四个级别，未发现 C类孔隙为COO。本专利技术l)选用合适、优质的APT原料，配以适当的煅烧-还原-碳化工艺， 使WC原料能够碳化完全并控制好了粉末原料中氧和碳的含量，而且包装过程中采用充惰 性气体处理，避免物料的氧化；2)优化湿磨工艺；3)优化模压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超细硬质合金，其原料的组成及重量百分比为８．０－９．０％的Ｃｏ粉，０．５－１．０％的ＴａＣ粉，余量为含Ｃｒ↓［３］Ｃ↓［２］的ＷＣ粉，Ｃｒ↓［３］Ｃ↓［２］在ＷＣ中的重量百分比为０．３－２．０％；其中所述Ｃｏ粉的纯度≥９９．００％、费氏粒度≤１．０μｍ、松装密度为０．４０～０．７５ｇ／ｃｍ↑［３］、Ｄ５０≤８μｍ、氧含量≤０．６０％、碳含量≤０．０５％，所述ＴａＣ粉的费氏粒度≤１．５μｍ、总碳含量≤６．２５％、游离碳含量≤０．１０％，所述含０．３－２．０％Ｃｒ↓［３］Ｃ↓［２］的ＷＣ粉的费氏粒度≤０．８μｍ、总碳含量为６．１０～６．２０％、化合碳含量≥６．１０％、游离碳含量≤０．０５％、氧含量≤０．０８％；所述超细硬质合金中的ＷＣ平均晶粒度为２００－４００ｎｍ，横向断裂强度≥２８００Ｍｐａ，硬度≥９２．５ＨＲＡ，矫顽磁力为２６－３５ＫＡ／ｍ，孔隙度为Ａ０２、Ｂ００、Ｃ００；所述超细硬质合金经过如下步骤制备：　１）配料：按照配方比例准备符合要求的Ｃｏ粉、ＴａＣ粉和含Ｃｒ↓［３］Ｃ↓［２］ＷＣ粉；　２）湿磨：将配好料的原料粉加入球磨机，球料比 为３－６∶１，用酒精做湿磨介质，液固比为３００－５００ｍｌ／Ｋｇ，占所述原料１．８－２．３（重量）％的石蜡以熔融液体的形式在原料加入前０．３－１．０ｈｒ倒入球磨机，总湿磨时间：６０－８０小时；　３）喷雾干燥：将步骤２湿磨好的料浆在喷雾干燥 塔内进行，喷雾干燥，得混合料，工艺参数如下：　料浆含固率：７０％－８０％，　喷嘴组合：１．１，１．２（涡旋片组合），　雾化压力：８００－１２００Ｋｐａ，　油加热器油温：≤３００℃，　塔内压力：≤４．５Ｋｐａ，　 　塔内含氧量：≤３．５％，　塔体Ｎ２气入口温度：１２０－２８０℃，　塔体Ｎ２气出口温度：６０－１５０℃，　旋风压差：１．０－１．５Ｋｐａ，　淋洗塔出口温度：≤３５℃，　料温：≤４０℃；　４）压制成型：在单 位压制压力３－８ＭＰａ下将步骤３得到的混合料压制成型；　５）烧结：在压力烧结炉中进行烧结，压力控制在３－８ＭＰａ，工艺参数为：　３００℃－－－－５５０℃　脱蜡段１００－２００ｍｉｎ，　１１００℃－－－１３８０℃　预烧段３０ －１２０ｍｉｎ，　１３９０℃－－－１５００℃　烧结段４０－１００ｍｉｎ；。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李克林，
申请(专利权)人：江西稀有稀土金属钨业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：36[中国|江西]