[发明专利]一种以Ni3Al为粘结相的碳化钨材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及塑性成形技术和粉末冶金技术，具体是指一种低成本、高性能、以Ni₃Al为粘结相的碳化钨材料及其制备方法。

背景技术

现有的碳化钨(WC)基硬质合金材料，主要由基体碳化钨和粘结相钴组成，并主要采用预成形和辐射加热烧结法进行制备。钴属国家战略资源，价格昂贵，而且其高温强度、高温蠕变抗力和耐腐蚀性能相对较低，从而在一定程度上限制了以钴作为粘结相碳化钨硬质合金的应用。又由于辐射加热烧结法时间长、能源消耗大、烧结温度较高，获得的烧结材料的组织较粗大，烧结材料性能偏低；另外，由于烧结过程中不存在烧结压力，导致控制烧结材料的尺寸精度难度较大，也在一定程度上限制了该类材料的应用。

梅炳初等于1996年第18卷第1期《武汉工业大学学报》上发表的文章“Ni₃Al的有序性、脆性及塑性”和陈金栌等于2006年第20卷第1期《材料导报》上发表的文章“Ni₃Al基合金的研究与应用进展”指出Ni₃Al金属间化合物不仅具有室温下的高硬、高强和优异的耐腐蚀性能，而且具有优异的高温强度和高温蠕变抗力，特别是具有峰值温度(800～1000℃)以下强度和硬度的正温度效应；通过向Ni₃Al中添加适量硼元素，该金属间化合物还具有良好的室温塑性和韧性。索进平等于2001年第22卷第6期《焊接学报》上发表的文章“添加WC改善Ni₃Al的焊接性能”中指出Ni₃Al对碳化钨还具有良好的润湿性。此外，Ni₃Al的组成成分为镍、铝，资源较为丰富，尤其是铝的价格非常低廉；烧结过程中由镍-铝原位反应生成的Ni₃Al金属间化合物可抑制碳化钨晶粒的长大，细化烧结组织。因此从理论上预测，以添加硼元素的增韧Ni₃Al代替钴作为碳化钨的粘结相，可在不削弱烧结态碳化钨合金的室温力学性能的同时，提高其硬度、耐腐蚀性能、高温强度和高温蠕变抗力，应用前景非常广阔。但要充分发挥以增韧Ni₃Al为粘结相的碳化钨硬质合金的性能优势，并使其产业化，尚需通过深入摸索合金材料的成分配比和制备工艺，抑制烧结过程中碳化钨晶粒的长大和减少烧结合金材料的孔隙度。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种以增韧Ni₃Al金属间化合物代替战略资源钴作为粘结相的碳化钨材料。

本发明的目的还在于通过合理的成分设计和优化制备工艺相结合，提供一种能进一步改善材料的综合性能，简化工艺，降低材料生产成本的以增韧Ni₃Al金属间化合物为粘结相的碳化钨材料的制备方法。

一种以Ni₃Al为粘结相的碳化钨材料，其特征在于该材料配比中以增韧Ni₃Al金属间化合物代替传统粘结相的钴，其组分及其质量百分比含量如下：WC 86～95％，增韧Ni₃Al5-14％，其余为不可避免的微量杂质。

为更好地实现本发明，所述增韧Ni₃Al组分及其质量百分比含量为：Ni 86.65％，Al12.92％，B 0.43％。

上述的这种以Ni₃Al为粘结相的碳化钨材料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤一：碳化钨基硬质合金粉末的成分设计

将WC、Ni、Al、和B粉末按下述质量百分比用量进行配比：WC 86～95％、Ni4.33-12.13％、Al 0.65-1.81％、B 0.02-0.06％，其余为不可避免的微量杂质；

步骤二：高能球磨制备硬质合金粉末

按上述原料粉末质量百分比用量投料进行球磨，直至球磨粉末中WC粉末晶粒至少细化至100nm；

步骤三：电流烧结球磨粉末

将至少细化至100nm的硬质合金球磨粉末装入电流烧结模具，采用电流快速烧结，电流快速烧结工艺条件如下：

烧结电流类型：方波脉冲或/和恒流电流；

烧结压力：10MPa～50MPa；

烧结时间：2～8分钟。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：