[发明专利]一种兼具高强度和高韧性的双晶硬质合金的工业化制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有双晶结构的兼具高强度和高韧性的WC-Co硬质合金的工业化制备方法，属于硬质合金技术领域。

背景技术

WC-Co硬质合金因其高的硬度、耐磨性和横向断裂强度，在切削工具、模具、矿山工具及耐磨零部件等领域获得广泛应用。作为一种金属陶瓷材料，硬质合金的硬度与断裂韧性是一对矛盾体。目前制备高硬度和高耐磨性的硬质合金，基本上以牺牲硬质合金的断裂韧性来达到指标。具有特殊的双晶组织结构的硬质合金，可同时具有高强度、高韧性、高耐磨性等优良综合性能，使其在苛刻的工矿条件下显示出独特优势。传统的制备双晶硬质合金的方法主要是以一定比例的亚微米尺度的WC粉和微米尺度的WC粉与Co粉进行球磨混合，随后烧结获得双晶结构的硬质合金块体；或者在WC和Co的混合粉末中添加板状晶的W粉，以在烧结后的合金中获得双晶组织的WC-Co硬质合金。这些制备方法中普遍存在着粗大WC的数量和尺寸难以控制、粗大晶粒体积分数较少等缺点，使得硬质合金块体的横向断裂强度和断裂韧性不能达到令人满意的配合，而且，制备工艺过程繁琐，质量较难控制。因此，开发出能够稳定生产、易于操控的兼具高横向断裂强度和优异断裂韧性的双晶硬质合金的工业化制备技术具有极其重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的具有优良综合性能的硬质合金工业化制备技术中的问题，而提供一种易于操控、质量稳定的兼具高强度和高韧性的双晶硬质合金的工业化制备技术。

首先，基于我们已有授权专利(张久兴，宋晓艳，刘文彬，一种简单快速的超细WC-Co复合粉的制备方法，ZL 200610165554.2，授权公告日2008年12月24日)，以钨氧化物、钴氧化物和炭黑为原料，利用原位反应合成方法制备WC-Co复合粉。通过工艺步骤及相应参数的调控，制备出具有团聚WC颗粒的WC-Co复合粉。然后，将此复合粉在氩气保护下进行粉末团聚预处理。以团聚预处理后的WC-Co复合粉为烧结原料，利用真空烧结或低压烧结的方法制备兼具高强度和高韧性的双晶硬质合金。本发明工艺步骤简单，操作方便，可控性强，整条制备路线可用于批量生产兼具高强度和高韧性的双晶结构的WC-Co硬质合金。因此，本发明对硬质合金领域的科学研究和工业生产均具有重要的意义和实用价值。

本发明所提供的兼具高强度和高韧性的双晶硬质合金的工业化制备方法，包括以下步骤：

(1)以WO_2.9、Co₃O₄和炭黑为原料，按照最终制备的双晶硬质合金中Co含量的要求，进行三种原料的配比并进行球磨混合，球磨后粉末冷压成坯块送入真空炉中；在真空炉中采用如下工艺参数制备WC-Co复合粉：升温速率4～10℃/min，反应温度1050～1150℃，保温时间3～4小时。

(2)对利用上述方法制备的WC-Co复合粉进行球磨破碎：以无水乙醇或己烷为研磨介质，料液体积比为1∶1～1∶3；球料比为1∶1，球磨机转速为100～300r/min；球磨时间为10～20小时；烘干后得到WC-Co复合粉末。

(3)对得到的WC-Co复合粉末进行团聚预处理，在氩气保护下，以5～8℃/min升温至650～950℃，并在相应温度下保温30～60min。对团聚预处理后的WC-Co复合粉末加入成型剂聚乙二醇，加入量为每千克粉料30～80ml聚乙二醇。混合后将粉末进行模压成型。

(4)将模压成型的粉末坯料进行烧结，烧结方式为真空烧结或低压烧结。其中真空烧结的工艺为：升温至375～400℃，保温1～2小时；然后升温至750℃，保温1～2小时；再升温至1200～1280℃，保温0.5～1.5小时；随后以3～5℃/min的升温速率升温至1410～1470℃，保温0.5～1.0小时；最后随炉冷却至室温。

低压烧结的工艺为：升温至360～400℃，保温1～2小时；然后以10～20℃/min的升温速率升温至900℃，保温1～2小时；再升温至1200～1280℃，保温0.5～1.5小时；随后以3～5℃/min的升温速率升温至1410～1470℃，保温20min～40min后，充入2～5MPa氮气或氩气，保温保压20～40min；最后随炉冷却至室温。

本发明是以金属氧化物和炭黑为原料最终制备出兼具高强度和优异断裂韧性的双晶硬质合金的一条完整的工业化制备技术路线，与现有的其它方法相比，本发明具有如下优势：