[发明专利]Ni3Al强化粘结相的WC-Co硬质合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬质合金材料及其制备方法，特别是一种通过粉末冶金的技术制备以WC为基体、Ni₃Al强化Co粘结相的增韧增强的硬质合金及其制备方法。

背景技术

WC硬质合金由于其高强度、高硬度、高耐磨性和高红硬性，被广泛地用作切削刀具、矿山工具和耐磨零件等。现有的WC硬质合金材料主要是由基体WC和粘结相Co金属组成。由于Co对WC的润湿性好使其室温综合力学性能好，但Co属于战略资源，价格较为昂贵，且其高温耐磨性、高温抗氧化性和抗腐蚀性能均相对较低，在一定程度上限制了以Co作为粘结相的WC硬质合金的应用。而金属间化合物Ni₃Al是镍基耐热合金的重要强化组元(即γ′相)，在抗氧化、耐腐蚀、防渗碳和耐磨方面具有优越性。尤为突出的是，在800℃以下，Ni₃Al强度随温度升高不是连续下降，而是先随温度的升高而升高，到达一定的高温后再下降，即屈服强度在峰值温度以下具有正温度效应，它可使耐热合金得到强化并提高其耐磨性。由于Ni₃Al金属间化合物具有较高的高温强度、蠕变抗力和高的比强度，且Ni₃Al对WC、TiC的润湿性与Co相当。因此，以Ni₃Al对WC-Co硬质合金的Co粘结相进行强化后，可使合金性能在保持高强度、高韧性的前提下，提高合金的高温综合性能。日本Nishigaki等人于1985年第2卷【《第11届国际普兰西国际会议》（英文：11^th international Plansee Seminar’85）第487-508页】上发表的文章“通过Ni₃Al相沉淀强化粘结相的WC-Co-Ni-Cr-Al 硬质合金”（英文: Binder Phase Strengthening Through Ni₃Al Precipitation of WC-Co-Ni-Cr-Al Hard Alloys）中提到了高粘结相成分WC-27wt%(Co+Ni)-0.9wt%Cr-(0~1.5)wt%Al硬质合金的制备方法。指出通过在硬质合金中的（Co+Ni）粘结相中添加AlN来析出γ′（Ni₃Al，下同）相沉淀，从而使硬质合金的粘结相得到强化，使合金的强度和耐磨性都得到提高，且粘结相强化作用可一直保持到800℃，使合金的高温抗氧化性和抗腐蚀性能都得到大幅度提高，但这种制备方法的强化效果仅对高粘结相含量的硬质合金有明显的效果。该论文所述的形成Ni₃Al相方法是采用在湿磨过程中添加中间化合物AlN和Cr₂N，然后AlN和Cr₂N在烧结温度超过1300℃后发生脱N反应而形成Al和Cr，然后金属Al和Cr扩散进入（Co+Ni）粘结相中原位合成Ni₃Al相产生沉淀和固溶强化，其相成分复杂且难控制。且该工艺需要进行固溶和时效处理，工艺复杂，制备周期长。

发明内容

本发明针对上述制备方法的不足，提供一种Ni₃Al强化Co粘结相的增韧增强的硬质合金及其制备方法，其γ′相弥散分布到粘结相中、粘结相分布均匀、合金的致密化高、强度高、耐磨性好、抗高温氧化性和抗腐蚀性优异；同时，本发明还提供该硬质合金的制备方法，采用Ni、Al元素粉末和WC粉末先制备出成分均匀、粒度细小WC+Ni₃Al的预合金混合粉末，避免了烧结过程中Ni、Al原位合成Ni₃Al相的难控制。并先对WC+Ni₃Al预合金粉末进行预湿磨，进一步细化Ni₃Al粉末和促进Ni₃Al均匀分布，工艺简单、制造成本低。同时，由于Ni₃Al已具有了优异的抗氧化和抗腐蚀性能，可无需再添加少量的Cr。

本发明的Ni₃Al强化粘结相的WC-Co硬质合金，包括硬质相WC，粘结相为Co+Ni₃Al且体积百分比为10%～40%。

本发明的Ni₃Al强化粘结相的WC-Co硬质合金的制造方法，依次包括以下步骤：

（1）按镍-铝金属间化合物Ni₂₅Al的成分比例，把镍粉和铝粉与WC粉末混合均匀；其中镍粉和铝粉共占混合粉末的质量百分比为2.07%~16.05%，余量为WC粉末；