[发明专利]一种表面自润滑硬质合金的原位制备方法

权利要求书

1.一种表面自润滑硬质合金的原位制备方法，其特征在于依次包含以下步骤：

（1）脱成型剂硬质合金生坯制备：按重量百分比称取各种原料粉末配料，其中Co占3～20wt%，TiC占0～30wt%，TaC占0～15wt%，WC为余量；将称取的粉末混合并经过球磨、过滤、干燥、掺成型剂、压制成型得到硬质合金生坯；硬质合金生坯在真空烧结炉中550～750℃保温2～4h，真空度为10～25Pa, 形成孔隙度为25%～40%的脱除成型剂的硬质合金生坯；

（2）含氢渗碳介质配制：先称取粒度为0.5~1.5μm的TiH₂粉末加入到无水乙醇中形成TiH₂占35wt%的混合液，然后进行20~40min的超声分散处理，并在80~100℃和真空度为10～20Pa条件下真空干燥1h；再以去离子水和无水乙醇混合液为溶剂配制溶液，按浓度为0.1～0.8mol/L加入AlCl₃，按AlCl₃浓度的8倍加入经过超声分散的TiH₂ 粉末，并用CH₃COOH调节pH值到3～6, 然后在磁力搅拌器中60～80℃下搅拌8～24h，并在120~150

℃下干燥1～3h，得到Al₂O₃包覆TiH₂的核/壳结构粉末；再将Al₂O₃包覆TiH₂的核/壳结构粉末，粒度为30~50nm的纳米石墨混合，两种物质按重量百分比1:2混合，并在行星球磨机中球磨1~2h，制成含氢渗碳介质；

（3）生坯在含氢渗碳介质中的装填：先将含氢渗碳介质装入石墨坩埚中，再将脱除成型剂的硬质合金生坯埋入；含氢渗碳介质与脱成型剂硬质合金生坯的重量比为5:1，并确保脱成型剂硬质合金生坯周围的含氢渗碳介质厚度大于5mm；然后在5~15MPa压力下紧实含氢渗碳介质，使其体积缩小到松装状态的40~60%；用带螺纹的盖子密封石墨坩埚，防止渗碳介质逸出；

（4）表面自润滑硬质合金制备：在真空烧结炉中1350～1500℃保温1～3h，碳元素由含氢渗碳介质向硬质合金表面扩散，形成400~750μm厚的自润滑层，最终实现表面自润滑硬质合金原位制备。

2.根据权利要求1所述的表面自润滑硬质合金的原位制备方法，其进一步的特征在于：

（1）硬质合金生坯制备时球磨时间为24～72h，过滤采用400目筛网，干燥在85～100℃进行，按硬质合金粉末重量的50～120%掺入丁钠橡胶成型剂，在300～400MPa压力下压制成型；硬质合金生坯脱除成型剂时，升温速度为1～5℃/min；

（2）含氢渗碳介质配制时，超声处理时超声波的频率为4×10⁴Hz,功率为100W，配制溶液使用的溶剂中去离子水与无水乙醇的体积比为1:10，制备Al₂O₃包覆TiH₂的核/壳结构粉末时，磁力搅拌的速度为20～50r/min，核/壳结构粉末、石墨混合行星球磨时，转速为300r/min；

（3）生坯在渗碳介质中装填时所用的石墨坩埚的石墨材质抗折强度大于20MPa；

（4）表面自润滑硬质合金原位制备时，先以5～10℃/min升温到550～750℃并保温1～2h；然后以5～10℃/min升温到1100～1250℃并保温1～3h；再以5～10℃/min升温到1350～1500℃并保温1～3h，烧结真空度为1～5Pa；烧结结束后的降温速度为1～8℃/min。