[发明专利]含抑制剂的W-C-Co粉末及其硬质合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及WC-Co硬质合金的制备，特别涉及含抑制剂的W-C-Co粉末及其硬质合金的制备方法。

背景技术

WC-Co硬质合金是目前工业上应用较为广泛的工、模具材料，提高其力学性能、简化制备工艺一直是硬质合金研究的热点。在硬质合金的制备过程中，通常通过添加晶粒长大抑制剂来细化晶粒，以提高合金的力学性能。传统的WC-Co硬质合金制备工艺首先是将钨粉碳化形成碳化钨、将抑制剂的氧化物形态碳化形成碳化物形态；然后将碳化钨与钴粉及晶粒长大抑制剂的碳化物形态混合湿磨；在湿磨后的浆料中添加成型剂，再干燥、造粒；随后压制成形；最后装炉，进行脱脂、烧结。一方面，在WC形成后添加抑制剂，使得WC在形成过程中晶粒长大得不到有效抑制，大大减弱了抑制效果；另一方面，这些步骤较为复杂，能耗高，而且存在抑制剂分布不均等问题。因此，探索步骤简单、能耗低、抑制剂分布均匀、抑制WC晶粒长大效果好的硬质合金生产工艺成为社会发展的必然。

申请号为CN200810028403.1的专利申请文件提供了一种WC-Co硬质合金的制备方法，其将W、C、Co粉末通过介质阻挡放电等离子体辅助球磨后，直接压制成生坯，最后在真空/低压烧结炉下进行处理得到WC-Co硬质合金，其工艺具有步骤简单、能耗低、污染程度小等优势。但在真空/低压烧结炉下，WC的晶粒长大得不到抑制，一定程度上不能有效的提高合金的力学性能。

发明内容

为克服上述现有技术的缺点与不足，本发明提供一种含抑制剂的W-C-Co粉末及其硬质合金的制备方法，其采用碳化烧结一体化的办法，在改善硬质合金制备过程中生产周期长、过程繁琐、能耗高以及由于过程繁琐而使杂质引入机会加大等缺点的基础上，进一步通过在WC形成之前，即在介质阻挡放电等离子体辅助球磨W、C、Co粉末过程中添加晶粒长大抑制剂VC或V₂O₅，以显著改善抑制剂的作用效果，进而提高合金的力学性能。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

在介质阻挡放电等离子体辅助球磨过程中加入晶粒长大抑制剂VC或V₂O₅，最后通过碳化烧结一体化的办法制备出W-C-Co硬质合金，具体包括以下步骤：

（1）采用介质阻挡放电等离子体辅助高能球磨方法，将W、C、Co、晶粒长大抑制剂原料以及额外补碳的混合粉末进行球磨，得到含晶粒长大抑制剂的W-C-Co混合粉末；

（2）将所述W-C-Co混合粉末压制成形，得到生坯；

（3）将所述生坯在热源环境中烧结制备W-C-Co硬质合金。

为更好地实现本发明，步骤（1）所述W、C、Co、VC或V₂O₅各原料按照WC-XCo-YVC或WC-XCo-Y V₂O₅进行配比(晶粒长大抑制剂氧化物形态的添加按照其碳化后形成相应碳化物所需的量进行添加)，其中，X的取值范围是3≤X≤20,Y的取值范围是0.09≤Y≤2.4，所述的X、Y均为重量百分比。

混合粉末中C的量除W完全碳化所需要的理论碳量以外，还包括额外补碳量，其与C原料的质量比为7.5％～15％。

所述压制成形的方式为单向模压，单位压力为50MPa～1000 MPa。

所述热源环境为真空/低压烧结炉，热源环境的温度为1320℃～1480℃。

所述烧结的方式为真空烧结结合热压烧结或真空烧结。

与传统技术相比，本发明具有以下优点：

（1）本发明通过在介质阻挡放电等离子体球磨W、C、Co过程中加入晶粒长大抑制剂（VC或V₂O₅），与传统工艺中先将W碳化、再将晶粒长大抑制剂与WC、Co一同球磨相比，本发明能增加晶粒长大抑制剂的分布均匀性，并且在WC的形成过程中就能起到对WC晶粒长大的抑制作用，抑制WC晶粒长大的效果好；

(2)本发明以氧化物形态V₂O₅作为晶粒长大抑制剂的前驱体，降低了成本，提高了力学性能。氧化物形态与传统硬质合金制备中直接添加的碳化物形态相比，不仅减少了高温碳化的步骤、很大程度上降低了成本；

（3)本发明在硬质合金烧结过程中，选择的氧化物形态V₂O₅能在碳化阶段更好的细化WC，所制备出的硬质合金中WC有很大的弥散性，且显微结构具有高度均匀性，具有优良的力学性能。

附图说明