含Al2O3钴基粘结相超细硬质合金粉末及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种含Al2O3钴基粘结相超细硬质合金粉末及其制备方法和用途。本发明专利技术先用行星高能球磨和还原工艺制备出含Al2O3钴基粘结相超细粉末；然后将所获含Al2O3钴基粘结相超细粉末与硬质相WC粉末和其它碳化物以及分散剂、成形剂和球磨介质等一起，放入搅拌球磨机，搅拌球磨一段时间后制成含Al2O3钴基粘结相超细硬质合金粉末。所述碳化物粉末选自TiC、TaC、NbC、VC和Cr3C2粉末。本发明专利技术工艺简单、成本低，降低了传统含钴粉末材料烧结后易产生的钴池和合金晶粒聚集长大的趋势，以及具有良好的耐磨性、硬度、强度和断裂韧性。采用本发明专利技术超细粉末可以制备出高质量的超细硬质合金材料。

Superfine cemented carbide powder containing Al2O3 cobalt base bonding phase, preparation method and application thereof

The invention provides an ultrafine hard alloy powder containing Al2O3 cobalt based bonding phase, a preparation method and an application thereof. The present invention first with the planetary high-energy ball milling and reduction preparation process of Al2O3 containing cobalt based binder powder; then the Al2O3 containing cobalt based bonding phase and hard phase ultrafine powder WC powder and other carbide forming agent and dispersant, and milling medium together into a mixing ball milling machine, milling time made of Al2O3 containing cobalt binder phase ultrafine cemented carbide powder. The carbide powder is selected from TiC, TaC, NbC, VC and Cr3C2 powders. The invention has the advantages of simple process, low cost, reduced cobalt alloy grain pool and traditional cobalt powder material after sintering is easy to produce aggregation and growth trend, and abrasion resistance, hardness, strength and fracture toughness is good. Superfine superfine cemented carbide material can be prepared by using superfine powder of the present invention.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属合金领域，尤其涉及含Al2O3钴基粘结相超细硬质合金粉末及其制备方法和用途。
技术介绍
我国是硬质合金生产大国，却不是硬质合金生产强国。与发达国家水平相比，我国的硬质合金产品质量较差，大部分产品性能偏低，仍属于低技术含量和低附加值的初级产品，使用寿命较短。超细硬质合金具有优异的综合性能，是当今国内外硬质合金研究和开发的重要方向。制备超细硬质合金必须采用高质量的超细硬质合金粉末，但我国在此方面的研究和应用较为落后。目前国内大多数企业在制备硬质合金混合料时，尤其是超细硬质合金混合料，采用的仍是碳化钨和钴粉湿磨方法，即将固相还原法制取的粒度较粗的钴粉与碳化钨粉及其它碳化物粉放入普通滚动球磨机中，经过长时间湿磨后制得。采用粒度较粗的钴粉和普通滚动磨工艺方法时，粒度较粗的钴粉Olym)难以与超细碳化钨粉及其它碳化物粉 (^lym)混合均勻，这致使超细硬质合金烧结后易产生钴池，并增加了硬质相晶粒聚集长大的趋势，从而导致超细硬质合金成品质量较差、使用寿命较低。另外，以纯钴粉作粘结相， 粘结相中不含弥散强化相质点，也难以保证超细硬质合金成品的强度。公开号为CN1450188A的中国专利申请公开了一种超细硬质合金及其制造方法， 其合金由主要成分WC硬质相、Co-Al为粘结金属相和稀土金属元素相三者组成。如该专利
技术介绍
中指出由于液相烧结时易发生WC晶粒的长大，这给制备超细硬质合金造成了困难，为此人们曾通过采用镍作粘结金属或添加铬来提高耐腐蚀性能，以及曾通过在合金中添加抑制剂(Cr3C2、TaC和VC)或新的烧结方法来抑制晶粒长大，但是都无法达到既能提高耐腐蚀性又细化晶粒的综合效果，反而添加晶粒长大抑制剂会降低合金的性能，并且粉末越细越难达到抑制剂的均勻分布，会造成WC晶粒的偏向异常长大。为此，要制取超细硬质合金必须寻求新的配方和工艺。该专利中提供的合金的组成成分及重量含量如下=Co-Al 粘结金属相Al 13-20%, Co 80-87% ；复合合金Co-Al 10-15%, Re 1-3%, WC 82-89%。 其制造方法为首先由高能球磨制得粘结合金Co-Al ；然后按所规定的硬质合金成分重量配比配料，并进行强化球磨，然后将球磨制取的硬质合金混合料进行真空烧结，烧结温度 1360°C，保温时间20分钟，最后制得超细硬质合金。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了新配方的含Al2O3钴基粘结相超细硬质合金粉末及其制备方法和用途，生产工艺简单，成本低廉，适合于常规生产，该超细硬质合金粉末用于制备超细硬质合金可降低烧结后易产生钴池和晶粒聚集长大的趋势，并且提高超细硬质合金的耐磨性、硬度、抗弯强度和断裂韧性。本专利技术一方面提供了一种含Al2O3钴基粘结相超细硬质合金粉末的制备方法，包括以下步骤(1)含Al2O3钴基粘结相超细粉末的制备将草酸钴或碳酸钴与Al2O3粉末配制成 Co-Iwt% Al2O3成分，放入行星高能球磨机球磨30小时，将球磨后的粉末放入氢气还原炉中还原，还原温度为480°C，氢气流量为4m7min，还原时间为90分钟，使粉末还原制得超细 Co-Iwt % Al2O3 粉末；(2)超细硬质合金粉末的制备将制备出的超细Co-Iwt 1^AI2O3粉末与硬质相碳化钨WC粉末和其它碳化物粉末配制成WC-IOwt % (Co-lwt % Al2O3) "2wt % TaC_2wt % NbC-Iwt % Cr3C2-Iwt % VC 或 WC-IOwt % (Co-lwt % Al2O3) _15wt % TiC_2wt % TaC_2wt % NbC-Iwt % Cr3C2-Iwt % VC，与球磨介质己烷400ml/kg，分散剂0. 3wt%油酸，成形剂2wt% 石蜡一起，放入搅拌球磨机，球磨时间为15 30小时，搅拌速度为250 350rpm，形成搅拌球磨料浆，其中所述其它碳化物粉末选自碳化钛TiC、碳化钽TaC、碳化铌NbC、碳化钒VC 和碳化铬Cr3C2粉末；(3)后处理将搅拌球磨料浆进行粉末与溶液过滤分离后，过滤后的粉末在90°C 的真空烘箱内干燥1. 5小时，制成含Al2O3钴基粘结相超细硬质合金粉末。本专利技术中所述C0-Iwt % Al2O3是指由Co和Al2O3混合制成，其中Al2O3所占重量分数为1%，Co元素的含量为除了 Al2O3之外的余量。WC-IOwt% (Co-lwt% Al2O3)"2wt% TaC-2wt % NbC-Iwt % Cr3C2-Iwt % VC 或 WC-IOwt % (Co-lwt % Al2O3)-15wt % TiC_2wt % TaC-2wt % NbC-Iwt % Cr3C2-Iwt % VC 的理解同此，其中 WC 的含量为除了所述 Co-lwt % Al2O3 粘结相和碳化物之外的余量。其中，Al2O3的加入是起到弥散强化的作用，即可以对合金受外力作用变形时粘结相中的错位运动起钉扎作用，以及阻碍微裂纹的传播。这些作用有利于提高合金的强度和硬度。碳化物的加入能够提高晶粒抗扩散和抗氧化的能力，此外，还能增强抗塑性变形的能力，抑制晶粒长大从而细化晶粒。晶粒细化后可提高合金的硬度和耐磨性，按本专利技术提供的组分含量与钴配合作用可进一步提高抗弯强度。本专利技术采用行星高能球磨，能够明显降低反应活化能、细化晶粒、极大提高粉末活性和改善颗粒分布均勻性及增强体与基体之间界面的结合。本专利技术第二方面提供了一种按照上述方法制备得到的含Al2O3钴基粘结相超细硬质合金粉末。优选地，制得的含Al2O3钴基粘结相超细硬质合金粉末费氏粒度为0. 7 0. 8 μ m0本专利技术第三方面提供了将按照上述方法制备得到的含Al2O3钴基粘结相超细硬质合金粉末用于制备超细硬质合金的用途。与现有技术相比，本专利技术具有以下突出优点(1)本专利技术的含Al2O3钴基粘结相超细硬质合金粉末，不仅粘结相与其它硬质相混合更加均勻，而且钴基粘结相中含有Al2O3弥散强化相，降低了超细硬质合金烧结后易产生的钴池和硬质合金晶粒聚集长大的趋势。(2)用本专利技术的含Al2O3钴基粘结相超细硬质合金粉末制备出的超细硬质合金耐磨性和硬度，抗弯强度和断裂韧性都有较大提高。(3)本专利技术制备工艺简单，成本低廉，适合于常规生产。 具体实施例方式以下所述是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术的保护范围。实施例一制备WC-IOwt % (Co-lwt % Al2O3) _2wt % TaC_2wt % NbC-Iwt % Cr3C2-Iwt % VC 粉末超细硬质合金粉末。将费氏平均粒度为彡3μπι的草酸钴(含钴31wt% ) 400g，与费氏平均粒度为<1 μ m的Al2O3粉末1. Mg，放入行星高能球磨机，经过30小时球磨，将球磨后的粉末放入氢气还原炉中，在480°C、氢气流量为4m7min、90分钟的条件下，使粉末还原制得费氏平均粒度为0. 9 μ m超细Co-Iwt^ Al2O3粉末，用作超细硬质合金的粘结相。将制备出的超细Co-lwt % Al2O3粉末100g，和费氏平均粒度为彡1 μ m的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种含Ａｌ２Ｏ３钴基粘结相超细硬质合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（１）含Ａｌ２Ｏ３钴基粘结相超细粉末的制备：将草酸钴或碳酸钴与Ａｌ２Ｏ３粉末配制成Ｃｏ－１ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３成分，放入行星高能球磨机球磨３０小时，将球磨后的粉末放入氢气还原炉中还原，还原温度为４８０℃，氢气流量为４ｍ３／ｍｉｎ，还原时间为９０分钟，使所述粉末还原制得超细Ｃｏ－１ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３粉末；（２）超细硬质合金粉末的制备：将制备出的所述超细Ｃｏ－１ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３粉末与硬质相碳化钨ＷＣ粉末和其它碳化物粉末配制成ＷＣ－１０ｗｔ％（Ｃｏ－１ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３）－２ｗｔ％ＴａＣ－２ｗｔ％ＮｂＣ－１ｗｔ％Ｃｒ３Ｃ２－１ｗｔ％ＶＣ或ＷＣ－１０ｗｔ％（Ｃｏ－１ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３）－１５ｗｔ％ＴｉＣ－２ｗｔ％ＴａＣ－２ｗｔ％ＮｂＣ－１ｗｔ％Ｃｒ３Ｃ２－１ｗｔ％ＶＣ，与球磨介质己烷４００ｍｌ／ｋｇ，分散剂０．３ｗｔ％油酸，成形剂２ｗｔ％石蜡一起，放入搅拌球磨机，球磨时间为１５～３０小时，搅拌速度为：２５０～３５０ｒｐｍ，形成搅拌球磨料浆，其中所述其它碳化物粉末选自碳化钛ＴｉＣ、碳化钽ＴａＣ、碳化铌ＮｂＣ、碳化钒ＶＣ和碳化铬Ｃｒ３Ｃ２粉末；（３）后处理：将所述搅拌球磨料浆进行粉末与溶液过滤分离后，过滤后的粉末在９０℃的真空烘箱内干燥１．５小时，制成含Ａｌ２Ｏ３钴基粘结相超细硬质合金粉末。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘沙，许开华，
申请(专利权)人：深圳市格林美高新技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94