[发明专利]多元复合晶粒细化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于硬质合金领域，特别是涉及一种多元复合晶粒抑制剂及其制备方法。

背景技术

WC基硬质合金是一种重要的工具材料和结构材料，虽然它具有高的硬度、耐磨性、红硬性和较好的韧性，被誉为“工业的牙齿”，但是它仍然属于脆性材料，其硬度和强度之间存在着矛盾：硬度高则强度偏低；而强度高则硬度偏低。研究发现，当硬质合金中的WC晶粒在0.5μm以下时，晶粒越细，其缺陷越少，强度和硬度都能保持较高的值。而在硬质合金制备过程中，容易引起晶粒长大，这种长大的晶粒是裂纹源之一。为了获得晶粒在0.5μm以下的WC基硬质合金，通常采用添加细化剂的方法抑制WC晶粒长大，以获得优质的超细晶粒硬质合金。

工业上常用的晶粒细化剂有VC、Cr₃C₂、Mo₂C、NbC、TaC、TiC、ZrC等，在WC基硬质合金制备中，为了提高细化效果，通常是在上述细化剂中选择至少两种细化剂（如VC和Cr₃C₂）组合使用，由于多种细化剂的加入，存在混料不易均匀、导致体系中增加游离碳和氧的问题，因而细化晶粒的效果有限；此外，多种细化剂的使用，从社会角度考虑，会增加能源的消耗，从使用企业角度考虑，会增加生产成本。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供多组元复合晶粒细化剂及其制备方法，以提高晶粒细化效果，制备出高强度、高硬度、高韧性的硬质合金，并降低生产成本。

本发明所述多组元复合晶粒细化剂，为含有固溶金属的碳氮化金属基固溶体，在此总的发明构思下，有两种具体结构：

1、所述多组元复合晶粒细化剂结构为含有固溶金属的碳氮化铬固溶体（密排六方晶格），化学式为(Cr,  M1)(C_x,N_1-x)，式中，0<x<1，M1为固溶金属，所述M1为钒、钼、钽、铌、钛、锆中的至少一种。

上述多组元复合晶粒细化剂，其各组分的重量百分数为铬59%～81%，碳0.1%～20%，氮0.1%～21%，钒0%～16%，钼0%～21%，钽0%～24%，铌0%～20%，钛0%～16%，锆0%~19.27%。

2、所述多组元复合晶粒细化剂结构为含有固溶金属的碳氮化钒固溶体（面心立方晶格），化学式为(V, M2)(C_x,N_1-x)，式中，0<x<1，M2为固溶金属，所述M2为铬、钼、钽、铌、锆中的至少一种。

上述多组元复合晶粒细化剂，其各组分的重量百分数为钒58%～81%，碳0.1%～20%，氮0.1%～21%，铬0%～17%，钼0%～21%，钽0%～24%，铌0%～21%，锆0%~19.27%。

本发明所述多组元复合晶粒细化剂的制备方法，工艺步骤如下：

（1）配料

按上述第一种多组元复合晶粒细化剂的除氮以外的组分及其重量百分数配备原料，其中，钒、钼、钽、铌、钛、锆中至少有一种组分不为0；

或按上述第二种多组元复合晶粒细化剂的除氮以外的组分及其重量百分数配备原料，其中，铬、钼、钽、铌、锆中至少有一种组分不为0；

（2）混合和成型

将步骤（1）配备的原料放入球磨机中进行混合，球磨时间以所述原料混合均匀为限，然后将上述混合料压制成型或烘干后压制成型，形成压坯；

（3）烧结

将步骤（2）制备的压坯置于反应炉中加热烧结，在300℃至低于650℃的任一温度向反应炉中通入氮气，氮气的通入量以满足上述第一种多组元复合晶粒细化剂或上述第二种多组元复合晶粒细化剂中组分氮的含量为限，当温度达到650℃时保温1～3小时，然后升温至1250～1500℃保温1～4小时进行碳氮化还原反应，保温结束后随炉冷却至100℃以下出炉，即可得到多组元复合晶粒细化剂。

上述方法中，组分钒的原料优选V、V₂O₃、V₂O₅、NH₄VO₃中的至少一种。

上述方法中，组分铬的原料优选Cr、Cr₂O₃、H₂CrO₄中的至少一种。

上述方法中，组分碳的原料优选碳黑、活性炭、石墨中的任一种。