[发明专利]添加硼元素的硬质合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬质合金及其制备方法，尤其是添加了硼元素的硬质合金及其制备方法。

背景技术

硬质合金的强度和硬度是一对矛盾的性能，一般来说材料越硬则越脆、强度相对低，通常应用中需要在强度与硬度之间达到一种平衡。为此有人提出通过加入硼元素(B)来改善硬质合金性能。在硬质合金中添加硼的方式主要有两种：一种是在合金生产之初的原料粉末混合中加入硼的氧化物或碳化物粉末，如日本专利JP2005068479中以B₂O₃作为硼的主要添加形式；利用硼的氧化物或碳化物的化学稳定性，避免在以后的合金制造过程中产生其它导致合金性能劣化的副反应，但不利于硼元素的扩散与均匀分布；一种是在合金生产的压坯烧结过程中，或者是在烧结过的合金制品上，用含硼物料将压坯或者制品涂覆(或包围住)，在烧结气氛中，使一定数量的硼通过热力学作用而转移到成型材料中，自成型材料件的表面扩散到至少3mm深度的整个显微组织中，从而实现硼元素的添加，如刘寿荣，宋俊亭等在“WC-Co硬质合金烧结过程渗硼的高温动态相分析”(硬质合金，2002，19(1))、刘寿荣，郝建民等在“WC-Co硬质合金烧结过程钇-硼共渗机理”(稀有金属材料与工程，2003，32(4))等文献中指出的；但该方式对反应程度不易控制。

发明内容

本发明提供一种添加了硼元素的硬质合金及其制备方法，该硬质合金韧性基本不变而强度、硬度得到提高，或者强度、韧性、硬度同时得到提高。

本发明的添加了硼元素的硬质合金，其特征是硼元素与粘接相的质量百分比为0.01％~2％，最好为0.05％~1％

本发明的硬质合金的制备方法，包括配料、球磨、干燥、压制和烧结工序，其特征在于：所述硼元素可采用纯硼粉、TiB₂、CrB₂、WB、CoB中的一种或几种复合的形式，在配料阶段与WC、Co混合均匀，然后再与酒精混合球磨24~72小时。

所述纯硼粉或金属硼化物粉末的粒度最好不大于合金原料所用的WC粒度。

本发明在配料阶段开始加入硼元素，通过选择纯硼粉或IVA、VA、VIA族金属元素的硼化物粉末，使硼元素在基体中的扩散与均匀分布，可以实现硬质合金的强度、硬度、韧性的同时提高，其中以强度提高幅度更大；并且金属元素Ti可以提高硬质合金的红硬度和抗月牙洼磨损，Cr可以起到抑制WC晶粒长大的作用，因此对超细硬质合金具有一定优势。本发明工艺简单、生产成本低。

附图说明

图1是本发明的含硼硬质合金与普通的硬质合金的力学性能对比；

图2是本发明的含硼硬质合金的典型微观组织结构，其中a、b为含B硬质合金典型微观组织，c为脱碳合金组织；

图3是本发明的含硼硬质合金与普通的硬质合金的X-射线衍射图谱对比示意图。

具体实施方式

实施例1：采用硬质相WC、粘接相Co，其粒度分别为0.8μm、1.0μm(下同)，配料加入4μm的B粉，使原料中WC、Co、B的含量分别为89.99％、10％、0.01％，其中B元素与Co的质量百分比为0.1％。上述粉末共1Kg经过配料、均匀混合后，与400ml酒精一起球磨60~65小时，然后经喷雾干燥、压制以及烧结，获得的含硼硬质合金强度为3103MPa，硬度HV₃为1680，断裂韧性K_IC＝10.3Mpm^-1/2。其微观组织结构参见图2。

对比实施例1：同样采用硬质相WC、粘接相Co，其粒度与实施例1相同，含量分别为90％、10％。WC粉末与Co粉末均匀混合后，与和400ml酒精一起球磨60~65小时，然后经喷雾干燥、压制以及烧结，获得的硬质合金强度为2890MPa，硬度HV₃为1570，K_IC＝10.4Mpm^-1/2(至少测量5个试样，并取平均值，下同)。

本发明的添加了硼元素的硬质合金与对比实施例中普通硬质合金的力学性能对比参见图1，X-射线衍射图谱对比参见图3(下同)。