[发明专利]用于超细硬质合金制备的晶粒生长抑制剂的添加方法

说明书

本发明涉及用于超细硬质合金制备的晶粒生长抑制剂的添加方法。具体而言，公开了一种用于超细硬质合金制备的晶粒生长抑制剂的添加方法，其包括：设计Co基合金粉的成分；采用共沉淀法制备含有晶粒生长抑制剂元素的Co基合金粉；以及按照配方比例称取相应的碳化钨粉和Co基合金粉，经混合后加入湿磨介质进行湿磨，使得含有晶粒生长抑制剂元素的Co基合金均匀地包覆碳化钨粉的颗粒表面。此外，本发明还公开了一种晶粒尺寸处于亚微米以下（包含但不仅限于纳米级范围）的超细硬质合金。该超细硬质合金的碳化温度不受Co的限制，WC碳化完全，使得晶粒更加完整，缺陷少。

技术领域

本发明涉及硬质合金的生产技术领域，并且具体地涉及用于超细硬质合金制备的晶粒生长抑制剂的添加方法。

背景技术

硬质合金是一种由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制备的合金材料，其突出特点是硬度高、强度高、耐磨性好且具有一定韧性，被广泛用作刀具材料，模具材料、耐磨材料、矿山工具材料等。然而，传统硬质合金的力学性能难以同步提高，特别是硬度和韧性，难以满足日益提高的生产要求。

研究发现，当硬质合金的晶粒尺寸进入超细范围时，硬质合金的硬度和韧性呈现双高的趋势，也即伴随硬度提高，韧性也有一定程度的增加。因此，超细或纳米级硬质合金的研究已经成为未来的发展高性能硬质合金材料的重点方向。

超细钴粉是制备超细硬质合金的重要原料，其品质对于超细硬质合金的质量有着重大影响。就制备超细硬质合金而言，对钴粉的纯度、形貌、粒度以及其分布等有着极其严格的要求。纯度高、氧含量低、杂质少、粒度小且分布窄的钴粉才适合于生产超细硬质合金。

对于制备超细硬质合金，除了钴粉和碳化钨粉外，作为抑制晶粒长大的晶粒生长抑制剂也是必不可少的。常用的晶粒生长抑制剂有：铬（Cr）、钒（V）、钽（Ta）、铌（Nb）等晶粒生长抑制剂元素的碳化物。研究表明，这些晶粒生长抑制剂元素碳化物的作用机理主要是固溶在粘结金属Co中，当在液相烧结阶段时限制碳化钨（WC）在Co中的溶解-析出机制，从而阻止WC的晶粒长大。

目前，在制备超细硬质合金的过程中添加晶粒生长抑制剂的方法主要有三种：

（1）采用超细WC粉、超细粘结金属粉（Co粉、Ni粉、Fe粉等）以及晶粒生长抑制剂等原料进行球磨混合，干燥制粒或者喷雾制粒，然后压制成型，最后烧结获得超细硬质合金。这是目前普遍采用的方法，但突出的问题是这种少量晶粒生长抑制剂在球磨阶段添加的方式，粉末的分散效果并不理想，容易导致诸如夹粗、钴池等不均匀组织结构，从而对产品性能不利。

（2）采用超细WC-Co复合粉和晶粒生长抑制剂进行球磨混合，干燥制粒或者喷雾制粒，然后压制成型，最后烧结获得超细硬质合金。这种方法是近十几年来发展起来的制备超细硬质合金的新型方法，其优点在于采用了WC-Co复合粉，但是晶粒生长抑制剂的添加方式并未改变，从而未能从根本上解决复合粉难以分散的问题。

（3）采用含晶粒生长抑制剂的超细WC-Co的复合粉进行球磨，干燥制粒或者喷雾制粒，然后压制成型，最后烧结获得超细硬质合金。这种方法的优点在于制备WC-Co复合粉时就引入晶粒生长抑制剂的可溶性盐，得到含晶粒生长抑制剂的WC-Co的复合粉。然而，由于钴的存在限制了后续的碳化温度。一方面，如果碳化温度过高，复合粉粒子变得很硬，则球磨时难以破碎，从而导致产品的孔隙度高；而另一方面，如果碳化温度低，则碳化不完全，从而导致碳化钨结晶不完整，缺陷多。

总之，采用上述三种晶粒生长抑制剂添加方法生产超细硬质合金，其晶粒生长抑制剂的分散效果并不理想，难以分散均匀，进而容易导致硬质合金的晶粒大小不均匀，从而不利于制备纳米级超细硬质合金。

因此，需要一种改进的添加硬质合金晶粒生长抑制剂的方法。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下说明中部分地阐述，或可根据该说明而清楚，或可通过实施本发明而懂得。