[发明专利]一种用扩散预合金包覆粉制备硬质合金材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用扩散预合金包覆粉制备硬质合金材料的方法，属于硬质合金工具制造技术领域。

背景技术

硬质合金具有硬度和强度高、耐磨性和耐腐蚀性好等优异性能，用于制造切削工具、刀具、耐磨零部件等，广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域。

硬质合金由两部分组成，即硬质相和金属粘结剂。硬质相为过渡金属碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等，具有很高的硬度和熔点。硬质相的存在决定了硬质合金有很高的硬度和耐磨性。硬质合金的硬度取决于硬质相含量和晶粒粒度，即硬化相含量越高、晶粒越细，则硬度也越大。硬质合金的韧性由粘结金属决定，粘结金属含量越高，抗弯强度越大。粘结金属主要有钴、镍、铁等金属。

传统的硬质合金制备方法为将选用的原料粉末按规定组成比例进行配料，通过加水、酒精等介质在湿式球磨机中湿磨，使它们充分混合。经干燥、过筛、分级、添加成型剂等步骤制得混合料。然后，把混合料制粒、压型，烧结(烧结温度接近粘结金属熔点(1200-1600℃)，硬化相与粘结金属便形成共晶合金。这个传统方法存在的问题是粘结金属粉末通常很难做到几个微米尺寸大小，且存在硬质相颗粒与粘结金属的润湿性差。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供一种用扩散预合金包覆粉制备硬质合金材料的方法，以增强硬质相和金属粘结剂的界面结合强度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用扩散预合金包覆粉制备硬质合金材料的方法，包括以下步骤：

(1)将难熔金属的硬质化合物与粘结金属的可被氢还原的化合物按比例在三维混料机中混合均匀，然后在氢气或在氨分解气氛保护下进行扩散处理，扩散温度为600-1000℃，扩散时间为45-120min；

(2)将扩散处理后的粉末进行破碎、筛分得到部分预合金化的包覆复合粉末；

(3)将一种或几种包覆复合粉末填充于模具中，在600-1000MPa压力下压制成形，制成硬质合金生坯；

(4)将硬质合金生坯在真空、氢气或氨分解气氛下于1200-1600℃烧结30-120min，冷至室温，得到硬质合金材料。

其中，所述步骤(2)中所得包覆复合粉末中硬质化合物的重量含量为75-95％，还原后的粘结金属的含量为5-25％。

在该方法中，作为原料的难熔金属的硬质化合物可选择碳化物或氮化物，例如WC、TiC、TaC、NbC、HfC、Cr₃C₂、Ti(C，N)等，也可以选择其他硬质相，其粒径大小(费氏粒度)为1-30μm。

在该方法中，粘结金属可以为Co、Ni、Mo、Fe、Cu等金属。作为原料的粘结金属的化合物为粘结金属的盐或氧化物，能够被氢还原，如草酸钴、氧化钼等，其粒径大小(费氏粒度)为0.5-20μm。因为粘结金属的盐和氧化物是脆性相，很容易制得超细(≤10μm)粉末。通过还原粘结金属的盐或氧化物，能够增强硬质相颗粒与粘结金属的结合。因为扩散效应而部分合金化及由粘结金属的盐或氧化物还原所得的金属附着在硬质相颗粒上，形成具有核和包覆层的包覆复合粉末。

根据实际需要，可以在步骤(3)中混入一定比例的其他金属的粉末，如Co、Ni、Fe、Cu、Cr、Mo、Ti、Al等。

本发明的优点在于：

本发明通过还原粘结金属的盐或氧化物得到硬质合金专用的、粒度和松比可调的预合金化的包覆复合粉末，采用该包覆复合粉末制备的硬质合金材料具有成分均匀、润湿性好、硬质相和金属粘结剂界面结合强度大、成分可调、强度与硬度高等优越性能。该硬质合金材料特别适合应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。实施例1

称取费氏粒度大小为4.01-5.00μm的碳化钨(WC40)8.0kg和草酸钴6.5kg，在三维混料机混合60min，在氨分解气氛保护下于650℃温度扩散45min，破碎，筛分制成部分预合金化的WC(核)/Co(壳)包覆粉。通过对包覆粉的形貌分析，显示包覆粉有好的包覆效果，界面结合好，粉末呈Co金属的银灰色。包覆粉在1000MPa下压制成形，在1500℃，氨分解气氛中烧结45min，随炉空冷至室温，即制得含20％Co的WC-Co硬质合金。

实施例2