本发明专利技术公开了一种镍－铝金属间化合物Ni3Al为粘结相的硬质合金及制备方法，所述硬质合金包含硬质相和粘接相，还包含质量百分比为0.0025%~0.0252%的B元素，粘结相体积百分比为10%～40%；所述制备方法依次包括：按Ni24Al的成分比例，把5.04wt%~50.30wt%的镍粉、铝粉与余量碳化物粉末混合均匀；置于石墨容器中铺平厚度≤50mm，在非氧化性气氛下，以≤5℃/min的升温速度加热至1100℃~1200℃，保温1小时以上，然后自然冷却，获得碳化物与Ni3Al的混合物；碾磨、破碎、过筛，获得120?m以下的碳化物与Ni3Al的混合粉末；脱氧预处理；再添加将0.0025wtwt%~0.0252%的B粉，湿磨混合18～36小时；混合料制成压坯；经1350℃~1550℃低压液相烧结后获得Ni3Al为粘结相的硬质合金，其组织结构均匀、合金的致密化高、强度高、耐磨性好、抗高温氧化性和抗腐蚀性优异；且工艺简单、制造成本低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种硬质合金材料及其制备方法，特别是一种通过粉末冶金的技术制 备以碳化物为基体、镍一铝金属间化合物为粘结相的增韧增强的硬质合金及其方法。
技术介绍
碳化钨硬质合金由于其高强度、高硬度、高耐磨性和高红硬性，被广泛地用作切削 刀具、矿山工具和耐磨零件等。现有的碳化钨硬质合金材料主要是由基体碳化钨和粘结相 钴金属组成。由于钴对碳化钨的润湿性好使其室温综合力学性能好，但钴属于战略资源，价 格较为昂贵，且其高温耐磨性、高温抗氧化性和抗腐蚀性能均相对较低，在一定程度上限制 了以钴作为粘结相的碳化钨硬质合金的应用。而金属间化合物原子的长程有序排列和原 子间金属键与共价键共存的特性，使其在抗高温氧化、抗腐蚀等方面具有独特的优异性，如 FeAl, Fe3Al金属间化合物的在耐硫蚀、抗氧化及耐磨损等方面表现优越，其弱铁磁性，适合 于恶劣的工作环境，且其突出优点是成本低。又如，M3Al金属间化合物在抗氧化、防渗碳 和耐磨方面具有优越性。尤为突出的是，在800°C以下，Ni3Al强度随温度升高不是连续下 降，而是先随温度的升高而升高，到达一定的高温后再下降，即屈服强度在峰值温度以下具 有正温度效应。由于Ni3Al金属间化合物具有较高的高温强度、蠕变抗力和高的比强度，且 Ni3Al对WC、TiC的润湿性与钴相当。因此，以Ni3Al金属间化合物作为硬质合金粘结相，其 性能能够达到商用硬质合金YG牌号性能。目前制备以Ni3Al金属间化合物为粘结相的硬质合金的方法主要有1、机械合金化方法+快速烧结工艺，即将不同的粉末在高能球磨机中球磨，粉末经磨 球的碰撞、挤压、重复地发生变形、断裂、焊合、原子间相互反应而在基体内部原位生成金属 间化合物相，然后采用快速烧结制备成复合物。如中国专利“一种WC-增韧增强M3Al硬质 合金及其制备方法”(公开号CN101560623，公开日2009年10月21日)，公开了该机械合金 化方法+快速烧结工艺制备方法，该方法按原料粉末配比投料进行高能球磨，直至球磨粉 末中WC粉末晶粒平均尺寸细化至小于200nm ；再采用放电等离子快速烧结高能球磨后的硬 质合金粉末制备Ni3Al粘结WC复合材料，主要用于耐磨零件。但由于这种方法影响因素比 较多，例如球磨类型、时间、介质、过程控制剂等参数，设备、操作复杂，且直接采用元素粉末 制备Ni3Al金属间化合物为粘结相的硬质合金，往往因为Ni、Al元素发生放热反应，使过工 艺过程难以控制，不适合产业化生产；2、热压法，即粉末压制和烧结同时进行的工艺。一般是采用金属间化合物预合金 粉末和碳化物粉末混合均勻后，在一定的温度和压力下烧结，从而形成复合物。如美国橡 树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)已发展一系列 ICantermetallic Compounds) Ni3Al金属间化合物预合金粉末，部分投入了生产。并对预合金粉末和陶瓷粉 末，通过热压的方法制备了 WC/TiC基金属间化合物复合材料，应用于高温、磨损、腐蚀、氧 化等场合。由于需要外加压力，对模具要求高，且只能单件生产，成本高，生产效率低。且在复合物的成形上，热压法还会造成材料组织的不均勻；3、液相烧结法，即将M3Al金属间化合物预合金粉末和碳化物粉末混合均勻后在一定 的温度下烧结，使金属间化合物达到熔融状态，冷却形成复合物。通常对粉末原料采用球磨 混合后，制成混合料，然后压制成所需形状的压坯，在烧结炉内进行气氛液相烧结而成。如 中国专利申请“一种含铝化镍和硼铜基的硬质合金及其制造方法”(公开号CN101880810A， 公开日2010年11月10日)，是在以碳化钨为基体材料的碳化钨基硬质合金中，添加一部分 Ni3Al代替合金中的钴，并同时添加微量硼铜等添加剂，通过高温烧结而得到。这种液相烧 结法虽具有操作简单，容易实现产业化生产的特点，但在合金中容易产生孔隙，和"Ni3Al金 属池”。这就要求金属间化合物对硬质相有很好的润湿性和溶解度，且预合金粉末的要求较 细。
技术实现思路
本专利技术针对上述制备方法的不足，提供一种直接采用元素粉末与碳化物制备镍一 铝金属间化合物Ni3Al为粘结相、并含有微量B元素的硬质合金，其组织结构均勻、合金的 致密化高、强度高、耐磨性好、抗高温氧化性和抗腐蚀性优异；同时，本专利技术还提供该硬质合 金的制备方法，采用Ni、Al元素粉末先制备出成分均勻、粒度细小碳化物和M3Al的预合金 混合粉末，避免了单纯添加M3Al金属间化合物预合金粉末、而其粒度粗大造成后续液相烧 结过程中孔洞和“金属池”的产生；且工艺简单、制造成本低。本专利技术的以镍一铝金属间化合物Ni3Al为粘结相的硬质合金，包含硬质相和粘接 相，还包含有质量百分比为0.00259Γ0. 0252%的B元素；所述硬质相为碳化物，粘结相体积 百分比为10% 40%ο所述硬质相为碳化钨和/或碳化钛。本专利技术的以镍一铝金属间化合物为主粘结相的硬质合金的制造方法，依次包括以 下步骤(1)按镍一铝金属间化合物M24Al的成分比例，把镍粉和铝粉与碳化物粉末混合均 勻；其中镍粉和铝粉共占混合粉末的质量百分比为5. 049Γ50. 30%，余量为碳化物粉末；(2)将上述混合粉末置于石墨容器中铺平厚度<50mm，在非氧化性气氛下，以< 5°C / min的升温速度加热至1100°C 1200°C，保温1小时以上，然后自然冷却，获得碳化物与镍一 铝金属间化合物Ni3Al的混合物；将混合物碾磨、破碎、过筛，获得粒度为120Mm以下的碳化 物与金属间化合物M3Al的混合粉末；(3)将上述碳化物与金属间化合物Ni3Al的混合粉末在400°C士50°C的氢气气氛下进 行脱氧预处理；(4)将质量百分比为0.00259Γ0. 0252%的B粉，添加到在上述脱氧预处理后的碳化物 与金属间化合物Ni3Al的混合粉末中，湿磨混合18 36小时，获得湿磨混合料；(5)湿磨混合料经喷雾干燥、压制成型制成压坯；(6)压坯经1350°C 1550°C低压液相烧结后获得镍一铝金属间化合物Ni3Al为粘结相 的硬质合金，其中粘结相体积百分比为10vOl%-40vd%。本专利技术采用Ni、Al元素粉末，利用Ni+Al间化合反应属于放热反应的特点，使得在 1100°C 1200°C左右、低熔点的镍铝间其他形式的金属间化合物(NiAl3、Ni2Al3、Ni5Al3)熔化后迅速生成Ni3Al和NiAl，NiAl进一步和Ni反应生成Ni3Al ；碳化物粉末则在化合放热反 应中起到热缓冲的作用，保证粉末的温度不超过M3Al的熔点；镍粉、铝粉与碳化物粉末混 合粉末置于石墨容器中铺平厚度彡50mm，避免了粉末内部的热量积蓄，并以彡5°C /min的 升温速度、达到1100°C 1200°C后保温1小时以上，充分形成Ni3Al金属间化合物；由于化合 反应是在粉末状态下完成的，反应合成后的混合物容易被破碎，破碎又进一步使碳化物和 Ni3Al均勻混合，获得比较理想的粒度；预处理去掉碾磨过程中所增的氧，使制备出的碳化 物和镍一铝金属间化合物Ni3Al的混合物粉末成分均勻、粒度细小，避免了由于Ni3Al金属 间化合物预合金粉末粒度粗大造成后续液相烧结过程本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．以镍－铝金属间化合物Ｎｉ３Ａｌ为粘结相的硬质合金，包含硬质相和粘接相，其特征在于：它还包含有质量百分比为０．００２５％～０．０２５２％ 的Ｂ元素；所述硬质相为碳化物，粘结相体积百分比为１０％～４０％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：龙坚战，陆必武，魏修宇，方晴，余怀民，李勇，卢少武，管玉明，蒋洪亮，
申请(专利权)人：株洲硬质合金集团有限公司，
类型：发明
国别省市：43
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