[发明专利]一种超细硬质合金及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金领域，特别涉及一种WC-Co超细硬质合金及其制备方法和应用。

背景技术

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。根据合金中WC的晶粒度，一般 将WC-Co硬质合金分为超细硬质合金和纳米硬质合金。ISO/TC190技术委员会的硬质 合金晶粒度分级标准把晶粒度小于0.2μm(200nm)的硬质合金定义为纳米硬质合金，而把晶 粒度为0.2μm(200nm)～0.5μm(500nm)的硬质合金定义为超细硬质合金。超细硬质合金具有 高强度、高硬度、高耐磨性等优良性能，满足了现代工业和特种难加工材料的发展.因而 近10年来超细硬质合金一直是国际硬质合金学术和产业界研究的热点。

超细硬质合金的制备一般要经过配料、湿磨、干燥、成型及烧结等工艺步骤。公开号 1544675A、1480546A、1775973A和1827264A的多篇专利文献中，都公开了不同原料配比， 例如WC粉和Co粉的粒度、晶粒长大抑制剂的选择，不同湿磨条件、不同烧结工艺的超 细硬质合金制备方法。但上述专利文献都没有限定WC粉和Co粉以及晶粒长大抑制剂的 其他性能，比如总含碳量、化合碳量、游离碳量、含氧量等，也没有公开干燥的具体工艺 条件；而超细硬质合金的质量受各步生产工艺的影响都很大，如果生产工艺控制不当，很 容易在合金中产生微孔隙、聚晶、钴池、晶粒长大和夹粗等缺陷，从而影响到超细硬质合 金的综合性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种各步生产工艺充分优化后制备的超细硬质合金及其制备方法 和应用。

为了解决上述问题，本发明首先公开了一种超细硬质合金，其原料的组成及重量百分 比为8.0-9.0％的Co粉，0.5-1.0％的TaC粉，余量为含Cr₃C₂的WC粉，Cr₃C₂在WC中 的重量百分比为0.3-2.0％；所述各组分的技术条件为：

                       表1  Co粉技术条件

纯度％    费氏粒度(μn)   松装密度(g/cm³)  D₅₀(μm)   氧％      碳％

≥99.0    ≤1.0           0.40～0.75       ≤8        ≤0.60    ≤0.05

            表2  TaC技术条件

费氏粒度(μm)    总碳％    游离碳％

≤1.5            ≤6.25    ≤0.10

            表3  WC粉技术条件

Fsss(μm)    总碳％       化合碳％    游离碳％      氧％

≤0.8        6.10-6.20    ≥6.10      ≤0.05        ≤0.08

本发明优选含0.3-1.0(重量)％Cr₃C₂的WC。

含Cr₃C₂的WC已经有市售商品，其制备工艺大致为：

a)焙解

将仲钨酸铵(APT)原料加入回转炉内，在大约600-800℃温度下，通入氨气，维 持炉内还原气氛，仲钨酸铵(APT)在高温和微弱的还原气氛下生成蓝钨或紫钨，其 总反应式为：

b)还原

将焙解后的蓝钨或紫钨在还原炉内经过2-5小时，600-900℃的高温，在氢气保护 气氛下，还原成费氏平均金属钨粉，其化学反应式为：

c)碳化

将金属钨粉与炭黑、三氧化二铬粉末在惰性气体保护下混合，然后在碳化炉内经 过1200-1500℃的高温，通入纯净氢气作媒介和保护气氛，反应生成碳化钨和碳化铬。

W+C→WC

Cr₂O₃+C→Cr₃C₂+CO₂↑