[发明专利]一种具有超高抗弯强度的WC-12Co硬质合金的工业化制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有超高抗弯强度的WC-12Co硬质合金的工业化制备方法，属于硬质合金技术领域。

背景技术

WC-Co硬质合金因其高的硬度和耐磨性在切削工具、模具、矿山工具及耐磨零部件等领域获得了广泛应用。近年来，伴随材料的更新换代，硬质合金工模具的加工对象由一般性材料转为难加工的高硬、高强合金，例如碳素钢被特殊高强钢所取代，铸铁被优质铸造合金所取代，等等；同时，当前高新技术领域大量需求具有优异综合性能的硬质合金工模具，特别是航空航天、微电子、微雕刻等高端工业应用领域，急迫需求生产微钻、圆盘切刀、高速切削刀片、微型工模具等具有优异抗崩刃性的特殊硬质合金材料。

现有工艺方法因为难以突破碳含量精确控制和抑制剂添加种类、粒度、含量等最佳组合等科学和技术瓶颈问题，目前很难制备得到抗弯强度超过4500MPa的具有超高强度的硬质合金块体材料。因此，生产具有高抗弯强度、即具有优异抗崩刃性的特殊硬质合金材料，是当前国际硬质合金领域的研发热点和技术难题。

发明内容

本发明即是针对目前硬质合金块体材料的抗弯强度难以超过4500MPa的研发领域现状，提供一种具有超高抗弯强度的WC-12Co硬质合金的工业化制备方法。其工艺流程和原理是：以钨氧化物、钴氧化物和炭黑为原料，首先根据拟制备硬质合金的相对磁饱和值对原料粉末中的碳量进行精确调控，利用原位反应合成方法制备出WC-12Co复合粉；然后，对晶粒长大抑制剂进行球磨预处理，再与原位合成的复合粉进行球磨混合，经压制成型和低压烧结制备硬质合金块体材料。通过设计添加的晶粒长大抑制剂的种类、含量和粒径等，并通过开发适合复合粉末的压制成型工艺，制备获得具有超高抗弯强度的WC-12Co硬质合金块体材料。本发明的整条制备路线可用于批量生产具有超高强度的WC-12Co硬质合金，对高性能硬质合金的科学研究和工业生产均具有重要的实用价值。

本发明提供的具有超高抗弯强度的WC-12Co硬质合金的工业化制备方法，包括以下步骤：

（1）以WO_2.9、Co₃O₄和炭黑为原料，根据硬质合金的成分与相对磁饱和值之间的关系对原料粉末中的碳含量进行调控，使得制备出的硬质合金块体材料的相对磁饱和值在83%～85%，将上述三种原料粉末进行球磨混合，混合后粉末冷压成坯块送入真空炉中，通过真空原位反应合成WC-12Co复合粉；

（2）对微米级粒径的Cr₃C₂粉末进行球磨预处理，以无水乙醇为研磨介质，磨球与粉末质量比为3:1～5:1，研磨介质与物料体积比为1:1，球磨时间为80～100小时；

（3）将步骤（2）中预处理后的Cr₃C₂粉末或粒径为1.0～2.0微米的VC粉末与步骤（1）制备的WC-12Co复合粉末进行球磨混合，其中Cr₃C₂粉末的添加量为0.6～0.9wt.%，VC粉末的添加量为0.3～0.5wt.%，以无水乙醇为研磨介质，磨球与粉末质量比为3:1～5:1，研磨介质与物料体积比为1:1，球磨机转速为100～300r/min，球磨时间为20～30小时，烘干后得到WC、Co和Cr₃C₂混合粉末或WC、Co和VC混合粉末；

（4）在步骤（3）得到的混合粉末中掺入成型剂，将成型剂与混合粉末球磨混合后模压成型，成型剂加入量为每千克混合粉末中掺入80～100ml聚乙二醇和5～25ml扩散油，球磨混合时的球料质量比为1:1，球磨机转速为20～50r/min；

（5）将模压成型的粉末坯料进行低压烧结，制备得到具有超高抗弯强度的WC-12Co硬质合金块体材料。

本发明根据拟制备的硬质合金块体材料的相对磁饱和值精确调控原料粉末中炭黑的添加量，配合优化设计添加晶粒长大抑制剂的种类、含量和粒径，提供了一条完整的制备超高强度的硬质合金材料的技术路线，与现有的其它方法相比，本发明具有如下本质性特点和优势：