一种超细晶粒硬质合金的制备方法技术

一种超细晶粒硬质合金的制备方法，通过化学沉淀-后续碳化的方法，制备出具有V2O5包覆WO3结构的纳米粉末，并通过原位碳化反应生成具有结构遗传性的VC包覆WC结构的微纳米复合粉末，VC均匀的包覆在WC晶粒的外层，粒径均匀，粉末分散性好。在烧结时，WC外层的VC均匀溶解在液相Co中，阻碍W、C原子的扩散，降低WC在粘接相中的溶解度，有效抑制W、C原子的溶解和析出，减少WC通过溶解析出再长大的速率与几率，使WC晶粒得到细化。本发明专利技术工艺方法简单、操作方便、硬质合金基体中VC分布均匀、可有效抑制烧结时WC晶粒异常长大；所制备的超细硬质合金，其硬度、抗弯强度等性能均优于采用混料方式添加VC等抑制剂的硬质合金，可减少VC添加量，有效抑制WC晶粒的异常长大。可实工业化规模生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及；具体涉及一种采用VC包覆WC抑制超细硬质合金晶粒长大的超细晶粒硬质合金的制备方法，属于硬质合金材料制备

技术介绍
硬质合金是由一种或多种高硬度、高弹性模量的间隙化合物(通常由难熔金属硬质化合物WC作为主相)和过渡族的金属狗、Co、Ni或其合金作为粘结相组成的复合材料。 主相提供高强度、高硬度和高耐磨性，塑性粘结相为材料变形提供必需的韧性，它是一种具备高硬度、高强度和良好韧性的复合材料，通常由粉末冶金技术制备。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。超细WC-Co硬质合金具有高强度、高硬度特性，有效地解决了传统硬质合金硬度与强度之间的矛盾。生产具有纳米结构的硬质合金的关键技术之一是需要制备纳米WC粉或纳米WC-Co复合粉末。纳米级粉末的平均粒度一般要小于lOOnm，作为纳米硬质合金用粉末其粒度最好小于50nm。国内外已研制开发出多种制备纳米WC粉和纳米 WC-Co复合粉的方法，主要有热化学合成法、直接碳化还原法、机械合金化法等。烧结是粉末或粉末成型压坯在一定温度、气氛和外界压力下发生的致密化过程， 是制备硬质合金块体材料的最后一道重要工序，对产品性能起着决定性作用。经过长期的生产实践与研究，可用于纳米WC-Co硬质合金粉末的烧结工艺主要有低压烧结、热压烧结、 放电等离子烧结等。由于超细硬质合金所用原料WC粉末粒度很细，具有很高的烧结活性， 易自然团聚，不利于WC-Co的球磨混合均勻，在烧结过程中易出现WC晶粒不均勻长大等诸多问题，其原料要求高，生产难度大，严重影响超细硬质合金的推广应用。此外，传统超细硬质合金制备过程，通常使用晶粒长大抑制剂VC，Cr3C2，NbC, Mo2C 等控制晶粒长大。但是由于晶粒长大抑制剂的粉末粒度很细(小于1 μ m)，添加量小于 lwt%，粉末易自然团聚，不利于球磨过程的均勻混合，因此会带来晶粒长大抑制不充分和异常长大的问题，至今相关的研究工作并未取得理想的结果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺方法简单、操作方便、硬质合金基体中VC分布均勻、可有效抑制烧结时WC晶粒异常长大的超细晶粒硬质合金的制备方法。本专利技术，包括下述步骤第一步V205包覆WO3结构的纳米粉末的制备取100-300克的添加到浓度为0. 2 0. 6mol/L的2L氨水中，得到浓度为 0. 2 0. 6mol/L 的(NH4)2WO4 ；取 1 2 L 的(NH4)2WO4 与浓度为 0. 02 0. 06 的 0. 1 0. 2 L的NH4VO3混合，得到浓度为0. 2 0. 6mol/L的(NH4)2W04、NH4VO3的混合溶液；将相同体积、相同温度，浓度为0. 4 1. 2mol/L的HCl溶液加入所得(NH4)2W04、NH4VO3的混合溶液， 搅拌产生沉淀；经过6 8小时陈化后，固液分离，取固体沉淀物，加热到400 500°C煅烧 3 他，得到V2O5包覆WO3结构的纳米粉末；第二步VC包覆WC结构的WC-Co微纳米合金粉末的制备按质量比为V2O5包覆WO3结构的纳米粉末C Co3O4 = (72-74) (9-11)； (17-19)，分别称取V2O5包覆WO3结构的纳米粉末、C、Co3O4，混合球磨，得合金粉末混合物； 将所述合金粉末混合物模压制成压坯，所述模压压力为50 IOOMPa ；将所述压坯置于真空气氛中进行原位碳化反应，反应温度为1000 1100°C，随炉冷却，得到VC包覆WC结构的 WC-Co微纳米合金粉末；第三步在第二步所得合金粉末混合物中加入成型剂，搅拌均勻、过筛后模压成坯，于氩气气氛中进行压力烧结随炉冷却，得到超细晶粒硬质合金。本专利技术中，制备的超细晶粒硬质合金由以下组份按重量百分比组成Co :8 12% ;VC :0· 3 0. 8%余量为WC ；各组分重量百分之和为100%。本专利技术中，所述V2O5包覆WO3结构的纳米粉末的平均粒度为40 90nm ；C的平均粒度为100 200nm ；Co3O4的平均粒度为100 200nm。本专利技术中，所述球磨工艺参数是在行星式球磨机中球料比为(8 10) 1，以200 300转/分钟的速度球磨40 50小时。本专利技术中，所述过筛采用50 100目筛。本专利技术中，所述成型剂由石蜡与溶剂汽油按质量比1 (8 16)混合而成。本专利技术中，所述烧结压力为5 8MPa。本专利技术由于采用上述组份配比及制备工艺，通过化学沉淀-后续碳化的方法，制备出具有V2O5包覆WO3结构的纳米粉末，并通过原位碳化反应生成具有结构遗传性的VC包覆WC结构的微纳米复合粉末，可以使VC均勻的包覆在WC晶粒的外层，并且粒径均勻，粉末分散性好。在烧结过程中，WC外层的VC晶粒长大抑制剂均勻溶解在液相Co中，阻碍了 w、c 原子的扩散，降低了 WC在粘接相中的溶解度，有效抑制W、C原子的溶解和析出，减少WC在粘结相中通过溶解析出再长大的速率与几率，使WC晶粒得到细化，并且由于VC分布均勻， 抑制了 WC晶粒异常长大的出现，提高硬质合金的硬度。并且，采用该方法不会出现VC团聚的问题，VC的添加量减少，并且抑制了晶粒的异常长大，对合金基体有细晶强化的效果，提高硬质合金的强度。与常规WC硬质合金相比，本专利技术具有以下优点1、本专利技术采用采用VC包覆WC的方法制造的硬质合金，加入较少量的晶粒长大抑制剂，实现硬质合金显微组织晶粒的细化和硬度的大幅提高，其硬度和抗弯强度均优于现有的通过球磨混料方式添加晶粒长大抑制剂的硬质合金。2、解决了传统混料工艺过程，晶粒长大抑制剂VC团聚现象导致的晶粒异常长大和晶粒细化效果不明显现的问题。综上所述，本专利技术工艺方法简单、操作方便、硬质合金基体中VC分布均勻、可有效抑制烧结时WC晶粒异常长大；采用该方法所制备的超细硬质合金，其硬度、抗弯强度等性能均优于现有的采用混料方式添加VC等抑制剂的硬质合金，在减少VC抑制剂添加量的同时，抑制WC晶粒的异常长大。可实工业化规模生产。附图说明附图1为本专利技术实施例1制备的V2O5包覆WO3结构的纳米粉末扫描电镜照片。附图2为本专利技术实施例2制备的V2O5包覆WO3结构的纳米粉末扫描电镜照片。附图3为本专利技术实施例3制备的V2O5包覆WO3结构的纳米粉末扫描电镜照片。从照片中可以看出实施例1制备的V2O5包覆WO3结构的粉末粒度为40-60nm ；实施例2制备的V2O5包覆WO3结构的粉末粒度为50-80nm ；实施例3制备的V2O5包覆WO3结构的粉末粒度为40-90nm。具体实施实施例1第一步V205包覆WO3结构的纳米粉末的制备取100克的吐而4添加到浓度为0. 2mol/L的2L氨水中，得到浓度为0. 2mol/L 的(NH4)JO4 ；取IL的(NH4)JO4与浓度为0. 04mol/L的0. IL的NH4VO3混合，得到浓度为 0. 2mol/L的(NH4)2WCV NH4VO3的混合溶液；将相同体积、相同温度，浓度为0. 4mol/L的HCl 溶液加入所得(NH4)2W04、NH4VO3的混合溶液，搅拌产生沉淀；经过6小时陈化后，固液分离， 取固体沉淀物，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种超细晶粒硬质合金的制备方法，包括下述步骤：第一步：Ｖ２Ｏ５包覆ＷＯ３结构的纳米粉末的制备取１００－３００克的Ｈ２ＷＯ４添加到浓度为０．２～０．６ｍｏｌ／Ｌ的２Ｌ氨水中，得到浓度为０．２～０．６ｍｏｌ／Ｌ的（ＮＨ４）２ＷＯ４；取１～２Ｌ的（ＮＨ４）２ＷＯ４与浓度为０．０２～０．０６的０．１～０．２　Ｌ的ＮＨ４ＶＯ３混合，得到浓度为０．２～０．６ｍｏｌ／Ｌ的（ＮＨ４）２ＷＯ４、ＮＨ４ＶＯ３的混合溶液；将相同体积、相同温度，浓度为０．４～１．２ｍｏｌ／Ｌ的ＨＣｌ溶液加入所得（ＮＨ４）２ＷＯ４、ＮＨ４ＶＯ３的混合溶液，搅拌产生沉淀；经过６～８小时陈化后，固液分离，取固体沉淀物，加热到４００～５００℃煅烧３～６ｈ，得到Ｖ２Ｏ５包覆ＷＯ３结构的纳米粉末；第二步：ＶＣ包覆ＷＣ结构的ＷＣ－Ｃｏ微纳米合金粉末的制备按质量比为：Ｖ２Ｏ５包覆ＷＯ３结构的纳米粉末∶Ｃ∶Ｃｏ３Ｏ４＝（７２－７４）∶（９－１１）；（１７－１９），分别称取Ｖ２Ｏ５包覆ＷＯ３结构的纳米粉末、Ｃ、Ｃｏ３Ｏ４，混合球磨，得合金粉末混合物；将所述合金粉末混合物模压制成压坯，所述模压压力为５０～１００ＭＰａ；将所述压坯置于真空气氛中进行原位碳化反应，反应温度为１０００～１１００℃，随炉冷却，得到ＶＣ包覆ＷＣ结构的ＷＣ－Ｃｏ微纳米合金粉末；第三步：在第二步所得合金粉末混合物中加入成型剂，搅拌均匀、过筛、模压成坯后于氩气气氛中进行压力烧结，随炉冷却，得到超细晶粒硬质合金。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吝楠，贺跃辉，江垚，张乾坤，汤娅，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43