[发明专利]一种窄粒度分布超粗硬质合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种窄粒度分布超粗硬质合金及其制备方法。窄粒度分布超粗硬质合金主要用于新型高可靠长寿命矿山工具、采掘工具、轧机复合轧辊辊环、高耐磨抗冲击模具等。

背景技术

根据国际通行规范，晶粒度大于6.0μm为超粗晶粒硬质合金。超粗WC-Co硬质合金的WC颗粒具有晶体结构完整、结构缺陷少、强度和硬度高、微观应变小等一系列优点。超粗WC-Co硬质合金韧性好、抗冲击、高温硬度高、热导率高、蠕变变形小，被广泛用于矿山工具、石油钻采工具、采煤机采掘工具、隧道工程用盾构机刀具、冲压模具、复合轧辊等。

作为高性能矿用和工程用硬质材料，超粗硬质合金的微观组织结构，特别是硬质相碳化钨晶粒的粒度分布对硬质合金的性能有决定性的影响。WC晶粒的粒度分布过宽会显著降低用其制备的超粗硬质合金的性能。粗大碳化钨颗粒与细小碳化钨颗粒的聚集区易成为疲劳失效的裂纹源，且细小WC颗粒的存在会降低合金的导热性，进而降低合金的热疲劳性能。因此，制备窄粒度分布的超粗硬质合金具有重要的意义。

关于超粗晶硬质合金的制备方法已有专利报道。中国专利CN 102676902A采用将WC原料经2100～2400℃的高温进行重新碳化，然后采用超声震荡方式进行多级筛分，而后采用常规方法制备了WC平均晶粒度为5～6μm的超粗硬质合金。专利CN 102560216A采用对晶粒度大于4.5μm的WC原料粉末进行机械活化处理，随后通过水热高压氢还原Co/Ni氢氧化物碱性浆料制备纳米组装结构Co/Ni包覆WC型复合粉末，而后采用常规方法制备超粗硬质合金。专利CN 101824574A采用将研磨态费氏粒度大于6μm的超粗碳化钨粉末与钴粉预混合，然后进行预烧结，再将预烧结过的碳化钨-钴团块与碳化钨和钴粉湿磨，而后采用常规方法制备超粗硬质合金。专利CN 102634684A，采用将超粗WC粉末和钴在双锥或Y型混合器中进行预混合，然后进行轻度球磨制备了晶粒度在6～10μm的超粗硬质合金。美国专利US6692690B2、US6423112B1和US6126709A采用气流粉碎，破碎WC团聚体，获得窄粒度分布的WC粉末，然后采用溶胶-凝胶或多元醇法对碳化钨粉末进行钴涂覆，接着将涂钴的WC、成型剂和适量的钴粉末进行湿混，喷雾干燥后，压制烧结。美国专利US5071473将钨粉通过球磨破碎与筛分获得平均粒径大于20μm的钨粉，然后对钨粉进行碳化，碳化后对碳化钨粉末进行破碎与筛分，进而制备成钴含量在3～20%的合金。国内专利未对超粗硬质合金中碳化钨晶粒度的粒度分布进行控制，所制备合金WC的粒度分布宽，难以获得高性能的超粗硬质合金。美国专利对WC的粒度分布进行了调控，但是采用化学涂覆钴，钴涂覆过程易污染环境。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种窄粒度分布的超粗硬质合金及其制备方法。

一种窄粒度分布的超粗硬质合金，它为WC-Co硬质合金，其主要特征为：

（1）WC晶粒粒度分布的离散度=(D₉₀-D₁₀)/D₅₀小于等于1.5，其中D₉₀、D₅₀和D₁₀分别为个数累积分布达到90%、50%和10%时的粒径（WC晶粒粒度分布是通过测量硬质合金金相照片上每个WC的晶粒面积，然后计算等效圆直径，后作出WC晶粒粒度的个数累积分布）；

（2）WC晶粒平均粒径D₅₀为6μm～10μm；

（3）窄粒度分布的超粗硬质合金钴的重量含量为3%～16%，所制备硬质合金的硬度HV10为700～1100，合金的抗弯强度大于2000MPa。

上述的窄粒度分布超粗硬质合金的制备方法，包括如下的步骤：超粗碳化钨粉硬团聚体破碎，碳化钨粉粒度分级，碳化钨粉末磁控溅射涂钴，湿混，干燥，压制和烧结。

所述的超粗碳化钨粉硬团聚体破碎是将费氏粒度20μm以上的碳化钨粉末放入搅拌球磨或滚动球磨，进行球磨破碎WC粉末的“硬团聚体”。

所述的碳化钨粉粒度分级是将经球磨破碎的超粗碳化钨粉末，采用气流分级或者过振动筛的方法进行分级，除去较细小的和特别粗大的碳化钨粉颗粒。分级时，保留90wt%粒度分布在中间的碳化钨粉末。

所述的磁控溅射涂钴是将分级后WC粉末放入磁控溅射粉体镀膜机，溅射镀钴，获得粘接相（涂层）重量百分含量在1%~3%的涂钴碳化钨粉末。