[发明专利]以铁镍为粘结金属的硬质合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以铁镍为粘结金属的硬质合金及其制备方法，该硬质合金用于制造凿岩、地质钻探等领域的工具。

背景技术

硬质合金是由难熔金属硬质化合物（硬质相）和金属粘结剂（粘结相）经粉末冶金方法制成的一类复合材料。钴由于对碳化物有良好的润湿性，并且与碳化物组成的合金有较高的强度，因此，自硬质合金问世以来，一直广泛用作硬质合金的粘结金属。然而，由于世界钴资源很有限，此外，硬质合金在使用过程中钴有可能氧化成具有毒性的Co⁶⁺，对人体健康造成潜在威胁，因此，寻找和研究钴的替代材料历来就是硬质合金研究和生产中一个重要课题。与钴同族的铁镍元素通常被用来尝试全部或部分代替钴，但是，因铁和镍的力学性能比钴要低得多。近年来，有少量以纯铁、纯镍或铁钴、铁镍混合作为硬质合金的粘结相的硬质合金出现，但所得到硬质合金的物理机械性能很低，只能用于特定功能用途的工况，无法满足对力学性能较高的凿岩钻探、冲压磨削等领域需求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种以铁镍为粘结金属的硬质合金及其制备方法，旨在有效提高粘结金属与碳化物的粘结强度，解决粘结金属强度不足问题，显著改善硬质合金的力学性能，延长使用寿命。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

以铁镍为粘结金属的硬质合金，其组分具有如下的重量百分比：WC粉 80～97%，Fe-Ni合金粉 3～20% 。

进一步地，上述的以铁镍为粘结金属的硬质合金，其中，所述WC粉的粒度小于10μm。

更进一步地，上述的以铁镍为粘结金属的硬质合金，其中，所述Fe-Ni合金粉的组分重量百分比为：Fe 50～80%，Ni 20～50% ；所述Fe-Ni合金粉由奥氏体和马氏体组成；相组成为奥氏体65%，马氏体35% ；所述Fe-Ni合金粉为球形；所述Fe-Ni合金粉的粒径小于4μm。

本发明以铁镍为粘结金属的硬质合金的制备方法，先将WC粉和Fe-Ni合金粉在溶剂中湿磨混合，然后干燥，成型，烧结。

再进一步地，上述的以铁镍为粘结金属的硬质合金的制备方法，所述溶剂为酒精、丙酮、己烷、水或其中的任意组合而成的混合物。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

由于对Fe、Ni进行了合金化处理，提高了Fe-Ni合金的强度。此外，Fe-Ni为球形，有利于缩短与WC粉的球磨混合时间，从而提高了球磨效率。同时由于Fe-Ni合金为韧性较好的面心立方晶体结构，相比于Co在常温下的密排六方晶体结构，具有更好的韧性，因此，用Fe-Ni合金粉制成的硬质合金比传统的WC-Co合金具有更高的韧性。此外，用Fe-Ni合金粉代替稀有的Co做粘结金属，减少了稀有金属Co的应用，降低了Co⁶⁺对人体健康的危害，具有较高的经济和社会效益。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明铁镍合金粘结金属粉末扫描电镜图；

图2：本发明以铁镍合金为粘结金属的硬质合金金相照片。

具体实施方式

为有效解决硬质合金替代粘结金属力学性能不足的问题，本发明通过合金化途径强化Fe-Ni粘结金属，并控制合金的相组成，从而达到提供硬质合金强度和韧性的目的。

以铁镍为粘结金属的硬质合金，其组分具有如下的重量百分比：WC粉 80～97%，Fe-Ni合金粉 3～20%，其中，WC粉的粒度小于10μm，Fe-Ni合金粉的组分重量百分比为：Fe 50～80%，Ni 20～50% ，Fe-Ni合金粉由奥氏体和马氏体组成，相组成为奥氏体65%，马氏体35% ；Fe-Ni合金粉为球形，Fe-Ni合金粉的粒径小于4μm。

以铁镍为粘结金属的硬质合金的制备工艺是：先将WC粉和Fe-Ni合金粉在溶剂中湿磨混合，溶剂为酒精、丙酮、己烷、水或其中的任意组合而成的混合物，然后干燥，成型，烧结。