[发明专利]一种梯度硬质合金/金属陶瓷的快速制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速制备高可靠性梯度硬质合金/金属陶瓷的方法，尤其涉及一种基于微波-微波等离子混合体加热的梯度硬质合金/金属陶瓷的快速制备方法。

背景技术

切削加工的发展，特别是高速切削加工的发展，刀具所处的环境更复杂，对切削刀具的强韧性和耐磨性提出了更高的要求。上世纪90年代中期，Nomura等(K.Tsuda,A.Ikegaya,K.Isobe et al.Development of functionally graded sintered hard materials[J],Powder Metallurgy,1996,39(4):296-300)采用原位扩散工艺制备了表面富立方相(TiCN、TiN)的梯度结构硬质合金，既保持了硬质合金的强度，又使表面拥有立方相的耐磨性，其切削性能与TiC/TiCN/TiN/A1₂O₃多层复合涂层基本相当。表面富立方相的梯度结构硬质合金的提出，使材料具有强度韧性较高芯部和耐磨性较高的表面，很好地解决了现代切削技术的发展对刀具高强度和高耐磨性的要求。Lengauer等(ChenLimin,Walter Lengauer,Klaus Dreyer.Advances in modern nitrogen-containing hardmetals and cermets[J],International Journal of Refractory Metals and Hard Materials,2000,6(13):343-351；K.Dreyer,D.Kassel,H.-W.Daub et al.Functionallygraded hardmetals and cermets:preparation,performance and production scale up[C],2001,15th International Plansee Seminar,768-783.)对原位扩散制备表面富立方相的功能梯度硬质材料的相形成、冶金反应、液相形成温度、脱气温度和微观结构等进行了较系统的研究，并评价了其切削性能。中国专利CN102134660A公开了一种表面富立方相的功能梯度硬质合金及其制备方法，其制备过程也是基于原位扩散的方法。此类通过原位扩散方法制备表面富立方相的梯度结构硬质合金/金属陶瓷，其制备效率和表面层厚度受加热过程中N扩散速率影响。上述文献中用于制备表面富立方相的功能梯度硬质合金的制备方法，采用的加热手段，均是常规氮气气氛烧结，其利用石墨等加热体发热，通过辐射、对流、传导等方式使得材料由表及里地升温，同时在合适的温度、时间通入一定压力的氮气，这种加热方式存在升温和保温时间较长，形成梯度结构所需的时间也较长，制备周期相对也较长，能源消耗较高等缺陷。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的是提供一种基于微波-微波等离子混合体加热的梯度硬质合金/金属陶瓷的快速制备方法，它既能实现对坯料的快速加热，又易于控制晶粒生长；且工艺简便可靠，操作容易，生产效率高，生产周期短，资本投入少，经济实惠，高效节能，安全卫生，清洁低耗，无环境污染，便于普及推广。

为了实现上述目的，一种梯度硬质合金/金属陶瓷的快速制备方法，它包括以下步骤：

(Ⅰ)、配料，选用WC、TiCN、TiC、TaC/NbC、Mo₂C、VC、Cr₂C₃、Co和Ni中的数种或全部作原料待用，各原料的质量百分比如下：

WC 10％～89％，TiCN 5％～51％，TiC 0～30％，Mo₂C 0～15％，VC 0～2％，Cr₂C₃0～2％，

TaC/NbC 0～10％，Co4％～15％，Ni 0～8％；

(Ⅱ)、原料混合，按质量百分比取上述数种或全部原料进行均匀混合，待用；

(Ⅲ)、待用原料装罐、预设研磨参数；

(Ⅳ)、混合物料过筛；

(Ⅴ)、成坯；

(Ⅵ)、烧结。

为了实现上述目的，其进一步的措施是：

步骤(Ⅲ)的原料研磨选用的球磨机为QM-1SP4型球磨机；

步骤(Ⅲ)的原料研磨选用的球径为Φ5硬质合金球，球料比为5～10：1；

步骤(Ⅲ)的原料研磨选用的球磨转速为250～300rpm，球磨时间为60～150小时；

步骤(Ⅳ)的混合物料过筛是选用筛孔为200目的滤筛；