[发明专利]基于多物理场活化烧结制备WC‑Ni微型零件、切削刀具及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于多物理场活化烧结制备WC-Ni微型零件及其制备方法，属于快速烧结制备WC-Ni微型零件的技术领域。

背景技术

WC–Co硬质合金因其因其优异的硬度、耐磨性和良好的断裂强度和韧性而广泛地用于各种切削刀具、耐冲击磨具以及耐磨零件等。然而Co作为一种昂贵而稀缺的金属，全球储量极其有限，价格昂贵，且在酸性环境中耐腐蚀、抗氧化性能较差，因而钴作为粘接剂在使用中受到一定限制。

Ni对WC表现出良好的润湿性，并具有比Co更优的抗氧化性和抗蚀性，尤其在合金化后，可使硬质合金性能更加优异，且在低碳含量下还具有无磁性的优点。Ni的全球储量是Co的70倍，资源较丰富，是一种相对Co价格更为便宜的金属。因此，Ni被看作是Co的首选代用品。如果能用Ni部分或全部代替Co作为硬质合金粘结剂，将会大大降低硬质合金的生产和使用成本，具有广阔的市场前景和显著的社会和经济效益。

Zhijian Peng等人利用高能球磨法和SPS烧结，通过添加VC、TaC晶粒抑制剂，在烧结压力50Mpa的条件下，以200℃/s升温至1350℃，保温6分钟，成功制备出不同Ni含量的超细WC-nNi(6≤n≤10)的硬质合金，但产品的微观孔洞过多，产品致密度仅为92％，力学性能较差。

Xiaoyong Ren等人利用热压烧结制备WC-Ni硬质合金，该方法首先将WCNi粉末混合均匀，然后放在热压烧结炉上进行烧结，在烧结压力20Mpa的条件下，以20℃/min的升温速率升温至1400℃保温1h，然后冷却至室温得到样品，该产品虽然致密度较高，达到99.2％，但产品需要通过添加VC、TaC等晶粒抑制剂抑制晶粒的长大，给产品带来了污染，且烧结时间太长。

E.Taheri-Nassaj等采用自蔓延高温燃烧合成法，以Mo2C作为晶粒抑制剂，在1500℃温度下保温1小时制备出晶粒细小、机械性能较好的WC-Ni。该方法同样因为烧结时间长、烧结温度高，需要添加晶粒抑制剂，能源消耗大，且产品污染严重。

本发明的发明人欲针对目前WC-Ni微型零件制备方法鲜有报道的现状；以及WC-Ni产品的制备现状，诸如工序复杂、制备周期长、成型温度高、韧性低，添加剂的依赖而导致产品纯度不高等缺陷，而提供一种基于多物理场活化烧结制备WC-Ni微型零件的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种工序简单、制备周期短，产品纯度高，兼具韧性高，相对密度 高的基于多物理场活化烧结制备WC-Ni微型零件的方法，该方法包括以下步骤：

A、将WC粉末和Ni粉按重量比采用湿磨法混合得到WC-Ni混合粉末：WC 85-95份，Ni 5-15份，两者之和为100份，称重后将WC-Ni混合粉末装填于模具中；

B、在真空度≤0.01Pa，同时在模具两端施以20～100MPa的外加作用力的条件下，对装有WC-Ni混合粉末的模具通交流电进行急速加热：

其中，加热工艺为两种：

第一种为电场恒温烧结：第一步以10～50℃/s加热至100～300℃保温0～120s，第二步以25～150℃/s的速度加热至1100～1400℃时保温6～25分钟；

第二种为电热起伏烧结：第一步以10～50℃/s加热至100～300℃保温0～120s，第二步以25～150℃/s的速度升温至1100～1400℃，电热起伏烧结的温度起伏范围为1400～600℃，起伏次数为6～20次；

C、WC-Ni混合粉末在模具中成型后，以5～15℃/s的速度冷却至室温，取出零件即可。

上述技术方案中，步骤A所述WC粒度范围为0.3μm-6μm，Ni粉粒度范围为0.3μm-10μm。

上述技术方案中，步骤B所述的两种加热工艺中：第一步的升温速度为10～20℃/s，第二步的升温速度为50～150℃/s。

上述技术方案中，步骤B所述的外加作用力为50～100MPa。

上述技术方案中，步骤B所述的第一种加热工艺中，电场恒温烧结的保温时间为6～12分钟。

上述技术方案中，步骤B所述的第二种加热工艺中，电热起伏烧结的温度起伏范围为1300～900℃，起伏次数为5～10次。

上述技术方案中，步骤B所述的第二种电热起伏烧结工艺中，起伏阶段升温速度为50～150℃/s，降温速度为10～30℃/s。

上述技术方案中，步骤B所述交流电的加热条件：电压为3～10V，电流为3000～30000A。