一种超细晶碳化钨／钴系硬质合金及其制备方法技术

一种含稀土六硼化物的超细晶碳化钨／钴系硬质合金及其制备方法，属于高性能粉末冶金材料领域。所述材料的组分及其重量百分比如下：稀土六硼化物含量在０．１～２％之间，碳化铬在０．１～０．６％之间，碳化钒在０．１～０．４％之间，钴粉在５～１５％之间，其余为碳化钨粉。按照各组元的重量百分比称取一定粒度的碳化钨粉、钴粉、稀土六硼化物粉、碳化铬粉以及碳化钒粉。采用球磨法将粉末混合均匀。通过模压成型工艺压制成具有一定形状的生坯。将生坯经过脱脂后放入高温低压烧结炉中进行烧结，随炉冷却后得到超细晶碳化钨／钴系硬质合金。本发明专利技术组分配比合理，生产工艺简单，通过掺杂稀土六硼化物，抑制烧结体合金中碳化钨晶粒的长大，有效降低合金中ＷＣ晶粒尺寸并提高合金硬度与断裂韧性；得到高硬度高断裂韧性的超细晶碳化钨／钴系硬质合金，适合于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了，具体说是一种超 细晶碳化钨/钴系硬质合金及其制备方法。属于高性能粉末冶金材料

技术介绍
碳化钨/钴系硬质合金因具有高硬度与高耐磨性，被广泛用作切削刀具与模具材 料。通过降低合金中的WC晶粒尺寸至超细晶级(Ium 300nm)，碳化钨/钴系硬质合金的 强度与耐磨性能能得到明显提高。但在传统液相无压烧结过程中，超细晶WC颗粒易于发生 异常长大现象。如何控制WC的长大成为制备超细晶碳化钨/钴系硬质合金的关键技术之一为了抑制WC颗粒的长大，可以采用特殊的烧结方法，如热等静压、等离子烧结、微 波烧结等。通过外力与辅助外场等方法，来实现抑制WC颗粒的长大，但这些方法都存在着 生产工艺复杂及成本较高等缺点，无法实现工业化生产。另外一种控制超细WC颗粒长大的 方法是通过添加晶粒抑制剂，如VC、NbC、Cr2C3等，但同样存在着晶粒异常长大现象，而且WC 晶粒尺寸分布不均勻。目前尚没有利用添加稀土六硼化物(ReB6)，来改善碳化钨/钴系硬质合金晶粒异 常长大的公开报道。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在克服现有的超细晶碳化钨/钴系硬质合金的技术存在的不足 和缺陷，提出一种组分配比合理，生产工艺简单，通过掺杂稀土六硼化物，有效降低合金中 WC晶粒尺寸和提高合金硬度与断裂韧性的超细晶碳化钨/钴系硬质合金及其制备方法。使 合金的性能超过现有的超细晶碳化钨/钴系硬质合金。本专利技术一种超细晶碳化钨/钴系硬质合金，由下述组分按重量百分组成ReB6 0.1 2%，Cr3C2 :0· 1 0. 6%，VC:0.1 0.4%，Co:5 15%;余量为WC，各组分之和为100%。本专利技术中，所述稀土六硼化物中，稀土元素选自镧系稀土元素中的任意一种。本专利技术中，各组分的平均尺寸为碳化钨粉彡0. 2um，钴粉彡1. 5um，稀土六硼化物 粉彡5um，碳化铬粉彡5um，碳化钒粉彡5um。。一种超细晶碳化钨/钴系硬质合金的制备方法，包括下述步骤第一步配料、制坯、脱脂按照合金成分，取WC、Co、VC、Cr3C2, ReB6粉末配料、同时添加成型剂，球磨混合均 勻；将球磨后的合金粉末在室温下模压成型坯料；将所得坯料在氢气炉中脱脂，脱脂温度为 400 600 °C ；第二步烧结将第一步所得的脱脂坯料置于烧结炉中烧结，烧结温度为1400 1500°C，炉内压 力为IMPa 5MPa，烧结时间为1 4h。 本专利技术中，各组分的平均尺寸为碳化钨粉彡0. 2um，钴粉彡1. 5um，稀土六硼化物 粉彡5um，碳化铬粉彡5um，碳化钒粉彡5um。本专利技术中，所述球磨工序，在氩气或氮气保护气氛中进行，球磨机转速为250 500转/分钟；球磨后过-100目筛。 本专利技术中，所述成型剂为石蜡或聚乙二醇。本专利技术中，所述模压成型压力为200 400MPa。本专利技术中，所述烧结炉为真空低压烧结炉。与现有技术相比，本专利技术在不改变传统的超细晶碳化钨/钴系硬质合金制备工艺 和设备的情况下，通过添加稀土六硼化物，使超细晶碳化钨/钴系复合粉末颗粒之间的粘 结性能提高，减小压坯过程中粉末的摩擦力，最终来改善生坯的成型性能，进而提高烧结体 合金的致密度。同时在烧结过程中，稀土六硼化物发生分解，生成钨钴硼化合物及硼酸稀土 化合物，净化碳化钨颗粒晶界，降低碳化钨在钴中的溶解析出，最终使烧结合金中WC晶粒 的尺寸减小，从而得到综合性能较为优良的超细晶碳化钨/钴系硬质合金。烧结体合金的 硬度HRA超过93，致密度超过95%，断裂韧性Kie超过IOMPa -m1/2,WC晶粒尺寸低于400nm。本工艺的优势在于通过添加稀土六硼化物，并采用传统的粉末冶金烧结工艺，获 得晶粒细小分布均勻、高硬度高断裂韧性的烧结产品。通过这一工艺制备超细晶碳化钨/ 钴系硬质合金产品时，可获得晶粒尺寸细小分布均勻，总体性能较高，可满足实际工业生产 的要求。综上所述，本专利技术组分配比合理，生产工艺简单，通过掺杂稀土六硼化物，抑制烧 结体合金中碳化钨晶粒的长大，有效降低合金中WC晶粒尺寸和提高合金硬度与断裂韧性； 从而得到高硬度高断裂韧性的超细晶碳化钨/钴系硬质合金，适合于工业化生产。具体实施例方式结合本专利技术的方法提供以下实例下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以下本专利技术技术方案为前提下进 行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程。对比例1制备成分为WC-IOCo(质量分数，下同)的超细晶碳化钨/钴硬质合金。所用原 料为0. 2um碳化钨粉、Ium钴粉。按照合金配比称取原料粉末，同时添加石蜡成型剂，通过 氩气保护，在球磨机上以250转/分钟的速度球磨48h后过-100目筛，然后在室温下以 200MPa的压力模压成型。压坯在400°C氢气炉中脱脂。然后在高温低压烧结炉中烧结，烧 结气压为5MPa，烧结温度为1450°C，烧结时间为lh，所得的超细晶碳化钨/钴硬质合金WC 平均晶粒尺寸为750nm，硬度为91HRA，排水法测试得到烧结体的致密度为92%，断裂韧性 为 8. 5MPa · m1/2。实施例1制备成分为WC-IOCo-ILaB6-O. 35Cr3C2_0. 25VC (质量分数，下同)的超细晶碳化钨 /钴硬质合金。所用原料为0. 15um碳化钨粉、Ium钴粉、2. 5um碳化钒粉、2. 5um碳化铬粉、 3. 5um六硼化镧粉。按照合金配比称取原料粉末，添加聚乙二醇成型剂，通过氩气保护，在 球磨机上以350转/分钟的速度球磨48h后过-100目筛，然后在室温下以200MPa的压力 模压成型。压坯在400°C氢气炉中脱脂。然后在高温低压烧结炉中烧结，烧结气压为5MPa， 烧结温度为1450°C，烧结时间为lh，所得的超细晶碳化钨/钴硬质合金WC平均晶粒尺寸为 320nm，硬度为93. 5HRA，排水法测试得到烧结体的致密度为98%，断裂韧性为15MPa · m1/20 实施例2制备成分为WC-lOCo-O. 5CeB6-0. ICr3C2-O. 4VC (质量分数，下同)的超细晶碳化钨 /钴硬质合金。所用原料为0. 2um碳化钨粉、1. 5um钴粉、5um碳化钒粉、5um碳化铬粉、5um 六硼化铈粉。按照合金配比称取原料粉末，添加聚乙二醇成型剂，通过氩气保护，在球磨机 上以250转/分钟的速度球磨48h后过-100目筛，然后在室温下以300MPa的压力模压成 型。压坯在600°C氢气炉中脱脂。然后在高温低压烧结炉中烧结，烧结气压为IMPa，烧结温 度为1500°C，烧结时间为4h，所得的超细晶碳化钨/钴硬质合金WC平均晶粒尺寸为371nm， 硬度为93HRA，排水法测试得到烧结体的致密度为96%，断裂韧性为13. 2MPa · m1/20实施例3制备成分为WC-5Co-2NdB6-0. BCr3C2-O. IVC (质量分数，下同)的超细晶碳化钨/ 钴硬质合金。所用原料为0. 2um碳化钨粉、1. Oum钴粉、3um碳化钒粉、3um碳化铬粉、3. 5um 六硼化钕粉。按照合金配比称取原料粉末，添加石蜡成型剂，通过氩气保护，在球磨机上以 400转/分钟的速度球磨70h后过-100目蹄，然后在室温下以400MPa的压力模压成型。压 坯在500°C氢气炉中脱脂。然后在高温低压烧结炉中烧结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超细晶碳化钨／钴系硬质合金，由下述组分按重量百分组成：　　ＲｅＢ６：０．１～２％，　　Ｃｒ３Ｃ２：０．１～０．６％，　　ＶＣ：０．１～０．４％，　　Ｃｏ：５～１５％；　　余量为ＷＣ，各组分之和为１００％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖代红，宋旼，申婷婷，欧小琴，贺跃辉，王守仁，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]