[发明专利]一种高性能WC-Co纳米晶硬质合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及硬质合金材料制造技术领域，特别是涉及一种高性能WC-Co纳米晶硬质合金的制备方法。

背景技术

围绕细化晶粒，制取超细及纳米结构硬质合金的研究开发，是当今世界硬质合金技术领域中的一大热点。目前实现批量生产的硬质合金最细晶粒为0.2μm。

纳米硬质合金制备过程中，采用高质量纳米原料粉末是非常关键的环节。纳米粉体的制备方法很多，理论上说，任何能制造精细晶粒尺寸多晶体的方法都可以用来制造纳米粉体。实验室通常采用机械合金化法、固定床反应法、喷雾干燥-流化床法等来制备纳米WC粉或WC-Co复合粉末，但因为容易引入杂质、或工艺过于复杂、或受设备限制，可以工业化生产复合粉的只有喷雾干燥-流化床法，这种方法的缺陷是不能自由配Co，造成合金成分单一。

对纳米硬质合金坯材来说，烧结工序将决定合金质量的优劣。由于纳米原料粉末系统具有非常大的表面能，在传统液相烧结过程中，为减少系统表面能，WC晶粒将迅速长大，因此许多学者研究了纳米硬质合金的微波烧结、快速热压烧结、放电等离子烧结等烧结技术，目的是加快烧结速率，缩短烧结时间，降低烧结温度，以控制WC晶粒的长大，但这将导致烧结过程不够充分、合金晶粒发育不够完善，无法实现工业应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种高性能WC-Co纳米晶硬质合金的制备方法，是以纳米WC粉、超细Co粉、VC粉和Cr₃C₂粉作为原料粉，利用酒精湿磨工艺，经真空烧结与热等静压烧结，从而制备出晶粒度小于150纳米的高性能纳米晶硬质合金，具有工艺简单，过程控制简便，生产成本低，制备出的纳米晶硬质合金致密化程度高，性能优异的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高性能WC-Co纳米晶硬质合金的制备方法，包括如下步骤：

A．混合料制取步骤；该步骤是选用平均粒度小于400nm的WC粉、平均粒度小于1.5um的Co粉、平均粒度小于1.5um的VC粉和平均粒度小于1.5um的Cr₃C₂粉为原料，其中，Co粉占总原料的3wt%～30wt%，VC粉占总原料的0wt%～2.0wt%，Cr₃C₂粉占总原料的0wt%～2.0wt%，余量为WC粉；并外加石蜡做成形剂，且石蜡的添加量为所述总原料的0.5wt%～3.5wt%；然后，以无水酒精作介质在滚动式球磨机中进行湿磨，硬质合金研磨球与固体原料的球料比为2:1～10:1，无水酒精与固体原料的液固比为100～600mL/kg；球磨30～120小时后进行真空干燥制备成混合料；

B．压制步骤；将上一步骤制成的混合料压制成压坯；其中，压制压力为100～250MPa；

C．烧结步骤；将上一步骤制成的压坯烧结成WC-Co纳米晶硬质合金。

进一步的，所述混合料制取步骤还包括将混合料过80目筛网。

进一步的，在混合料过80目筛网后，还包括将混合料放入制粒机中滚动3～15分钟进行制粒处理。

所述的压制步骤是将上一步骤制备好的混合料压制成圆棒形压坯。

所述的烧结步骤是先将压制好的压坯进行真空烧结，烧结温度控制在1000～1400℃，保温时间控制在0.5～2小时，然后再进行热等静压烧结，烧结温度控制在1200～1400℃，保温时间控制在0.5～2小时，烧结压力控制在50～200MPa。

本发明的一种高性能WC-Co纳米晶硬质合金的制备方法，是采用紫钨原位还原法生产，以纳米碳化钨（WC）粉、超细钴（Co）粉、超细碳化钒（VC）粉和超细碳化铬（Cr3C2）粉作为原料粉，利用酒精湿磨工艺，经真空烧结与热等静压烧结，制备出WC-Co纳米晶硬质合金，采用上述方法制备出的纳米晶硬质合金，WC晶粒组织完善且清晰可见，采用ISO4499-2规定的方法测量计算200颗以上WC晶粒取平均值，计算得到WC平均晶粒小于150nm，硬度HV30为1900以上、强度TRS为4000MPa以上、金相组织为A02B00C00。

本发明的有益效果是，由于采用了以纳米碳化钨（WC）粉、超细钴（Co）粉、超细碳化钒（VC）粉和超细碳化铬（Cr₃C₂）粉作为原料粉，并利用酒精湿磨工艺，经真空烧结与热等静压烧结，来制备出WC-Co纳米晶硬质合金，与现有技术相比较，具有如下有益效果：