[发明专利]一种梯度碳化钨基微纳复合刀具材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，特别涉及一种梯度碳化钨(WC)基微纳复合刀具材料及其制备方法。

背景技术

与TIN及TIC基复合刀具材料相比，WC基复合刀具材料具有较高的硬度、抗弯强度，较强的导热性、抗崩刃性以及抗塑性变形能力，在高速加工领域得到广泛应用。鉴于Co对WC良好的润湿性，传统WC基复合刀具材料采用Co作为粘结剂，但Co的添加不仅会降低材料的硬度、耐氧化性、耐腐蚀性及高温性能，同时由于与WC存在热膨胀系数差异而容易导致热应力的产生。此外，通常加工塑性较高的金属例如纯铁时，由于低熔点粘结相Co的存在切屑容易粘结在刀具前刀面造成严重的粘结磨损，缩短刀具寿命。此外，随着钴资源的过度开发，其价格也持续上升，原料成本上涨，在不远的将来甚至可能面临钴资源的枯竭。并且有实验表明WC与Co混合物的急性肺毒性包括对巨噬细胞的毒性比单独WC和Co都高的多，存在协同致毒，在制备含钴WC基复合刀具材料过程中，人体健康受到极大的危害。综上所述，开发制备无钴WC基复合刀具材料成为本技术领域亟待解决的技术问题。

不同于传统含钴WC基复合刀具材料的制备，无钴WC基复合刀具材料由于粘结剂的缺失，其制备过程存在烧结温度过高，晶粒异常长大，制备的合金强度和断裂韧性非常低等问题。文献(Consolidation of ultrafine binderless cemented carbide by spark plasma sintering，LIU X,Tao L I N,GUO Z,et al，Journal of Iron and Steel Research,International,2007,14(5):82-84.)报道了采用SPS放电等离子烧结装置烧结制备无粘结剂WC合金的方法。文献(Consolidation of binderless WC–TiC by high frequency induction heating sintering，Kim H C,Kim D K,Woo K D,et al，International Journal of Refractory Metals and Hard Materials,2008,26(1):48-54.)报道了采用HFIHS高频感应加热烧结装置制备无粘结剂WC-TiC合金的方法。文献(Binderless WC and WC–VC materials obtained by pulsed electric current sintering，Huang,S.G.,Vanmeensel,K.,Van der Biest,O.,Vleugels,J International Journal of Refractory Metals and Hard Materials,(2008).26(1),41-47.)报道了采用PECS脉冲电流烧结制备无粘结剂WC-VC合金的方法。

但是上述方法均存在工艺复杂要求使用特殊设备的问题，难以实现工业化生产，并且所制备的无粘结剂WC基合金韧性尚有待提高。热压烧结具有设备投资较小、易操作、烧结温度低和保温时间短等特点，而且试样不用添加成型剂减少了杂质的引入，便于实现工业化生产。目前在WC中单独添加A1₂O₃或TiC粉末利用Al₂O₃陶瓷颗粒增韧或TiC纳米颗粒增韧的报道常见于论文和专利中，但所制备的材料普遍存在强度低、韧性低的问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种满足“双高”(高耐磨性、高韧性)的一种梯度碳化钨基微纳复合刀具材料，并且提供一种工艺简便、适合工业化生产的制备方法。

本发明是通过以下方式实现的。