[发明专利]一种超细硬质合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬质合金的制备方法，属于粉末冶金领域。

背景技术

硬质合金是用粉末冶金方法生产，由硬质的碳化物和软质的粘接金属组成的硬质合金，碳化物为合金提供承受负荷的能力和耐磨性，粘接金属则因其室温下的塑性变形而赋予硬质合金耐冲击的韧性。它结合了高硬度的难溶金属碳化物和延展性较好的粘接金属的优点，因而具有高的强度和硬度，耐磨性好，红硬性好，热膨胀系数小，弹性模量高以及化学稳定性好等一系列优良性能。它的基本过程是制备粉体，压制，成形为一定尺寸的压坯，然后在低于其基本组元熔点的温度下烧结成所需的成品。硬质合金是脆性材料，其硬度和强度之间存在着矛盾：硬度高则强度低，而强度高则硬度低。1984年德国科学家H.Gleiter首次成功研制出纳米晶体材料，开辟了材料史的新纪元，研究发现，在钴粘接相含量不变的情况下，当WC晶粒降到1μm以下时，硬度和强度同时提高，而且提高的幅度随着晶粒度的减小而更加明显。这是因为，硬质合金晶粒度越小，粘结相的平均自由程越短，基体的强度和硬度越高，若晶粒度达到0.1～0.6μm以后(即超细尺寸)，其硬度和强度将有大的突破。

超细硬质合金因具有高强度、高硬度、高耐磨性、高红硬性等优良性能，其应用领域不断扩大。但是由于超细硬质合金所用原料WC粉末粒度很细，具有很高的化学，很容易自然团聚，在粉末的球磨中不利于球磨均匀，超细粉末具有高的烧结活性，在烧结过程中易出现WC晶粒不均匀长大等诸多问题，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。

目前制造超细硬质合金的方法主要为采取超细的WC粉末，超细的Co粉，并添加一定量的晶粒抑制剂。其中超细WC粉末的制备方法主要有直接碳化法、氢气还原WO_X碳化法、流化床还原碳化法，添加的晶粒抑制剂主要有：VC、Cr₃C₂、NbC、TaC、TiC、ZrC、Mo₂C和HfC等。本发明经过大量的实验，并综合实践经验，总结出出一种超细硬质合金的制备方法。

发明内容

本发明主要针对超细硬质合金在球磨过程中容易团聚，在烧结过程中易长大等问题等特点，采取不同的措施，其过程主要包括粉末的配制，高能球磨，压制成型和真空烧结四个步骤：

(1)先对超细粉末进行一定比例的配制成混合粉末；

(2)对混合粉末进行高能球磨处理；

(3)将球磨处理后的粉末压制成生坯；

(4)对生坯进行真空烧结；

本发明的超细硬质合金的制备方法的进一步特征为：

(1)超细粉末为超细WC粉末，粒度为0.4μm，超细Co粉，粒度为1.0μm，抑制剂(VC、Cr₃C₂，质量比例为1∶1)，其中Co粉为8.0wt％，抑制剂为0.4～0.6％，其余为超细WC；

(2)将配制好的混合粉末，在行星式球磨机中进行高能球磨处理，球磨介质为无水乙醇，球磨机转速为200～400r/min，研磨时间为24～36h，研磨球为直径Φ6mm的超细硬质合金球，球料比(wt％)为50∶1～100∶1；

(3)利用真空干燥炉将球磨后的粉末干燥，添加80％的DS橡胶成型剂干燥后在200T压力机上进行压制成型；

(4)压制成型的生坯在真空烧结炉中烧结成型，其中真空度为1～5Pa，烧结温度为1420℃，保温30min；

本发明的优点在于：该方法生产的硬质合金具有高硬度，高强度，高韧性，高热导率和高的耐磨性能，适合用于航空材料中的高温合金的加工、电子工业中印刷电路板的钻孔、木材以及复合地板的加工、点阵打印机的针头等高强度高硬度领域。

具体实施方式

实例1：称取超细WC粉末91.5g，Co粉为8.0g，抑制剂(VC、Cr3C2，质量比例为1∶1)0.5g配制成混合粉末。将配制好的混合粉末，在行星式球磨机中进行高能球磨处理，其中球磨介质为无水乙醇，球磨机转速为400r/min，研磨时间为36h，研磨球为直径Φ8mm超细硬质合金球，球料比(wt％)为100∶1。利用真空干燥炉将球磨后的粉末干燥，添加加80％的DS橡胶成型剂，干燥后在200T压力机上进行压制成型。压制成型的生坯在真空烧结炉中烧结成型，其中真空度为1～5Pa，烧结温度为1420℃，保温30min。

实例2：称取超细WC粉末183.0g，Co粉为16.0g，抑制剂(VC、Cr3C2，质量比例为1∶1)1g配制成混合粉末。将配制好的混合粉末，在行星式球磨机中进行高能球磨处理，其中球磨介质为无水乙醇，球磨机转速为200r/min，研磨时间为24h，研磨球为直径Φ8mm的超细硬质合金球，球料比(wt％)为50∶1。利用真空干燥炉将球磨后的粉末干燥，添加80％的DS橡胶成型剂，干燥后在200T压力机上进行压制成型。压制成型的生坯在真空烧结炉中烧结成型，其中真空度为1～5Pa，烧结温度为1420℃，保温30min。