[发明专利]一种制备高强度WC‑Ni硬质合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于硬质合金材料及制造技术领域，具体涉及一种制备高强度WC-Ni硬质合金的方法。

背景技术

以WC、TiC、TaC为主要硬质成分，以Co为主要粘结相的硬质合金材料自1922年发明至今，都是作为切削工具和耐磨部件的最主要的材料，被誉为“工业的牙齿”。但后来人们发现，WC-Co硬质合金存在有毒性，成本较高和耐腐蚀性较差等缺点。因此，用新的低毒、来源相对广泛且具有较好腐蚀性的的金属粉代替钴粉成为硬质合金领域的一个重要发展方向。

研究发现WC-Ni混合粉的毒性要比WC-Co混合粉低得多，地壳中镍的含量是钴的15倍，另外，Ni比Co耐腐蚀(标准电位分别为-0.25V和-0.277V)、抗氧化性能好(Pilling-Becworth比值分别为1.52和1.99)，WC-Ni合金的磁性在WC+γ两相区范围内就消失，使得WC-Ni作为无磁合金或耐腐蚀合金，在性能上优于WC-Co硬质合金，因此WC-Ni硬质合金成为WC-Co硬质合金最有前途的替代品之一。但WC-Ni硬质合金的力学性能与WC-Co硬质合金相比仍有较大差距，其断裂强度仍只能达到WC-Co硬质合金的75％～80％，这大大限制了WC-Ni硬质合金的应用范围。

发明内容

鉴于WC-Ni硬质合金存在力学性能较差的缺陷，本发明提供了一种制备高强度WC-Ni硬质合金的方法，该方法制得WC-Ni硬质合金克服了现有技术存在的缺陷，显著提高WC-Ni硬质合金的强度和硬度，显著改善WC-Ni硬质合金的力学性能，从而实现WC-Ni硬质合金的高性能。

本发明的一种制备高强度WC-Ni硬质合金的方法，包括以下步骤：

1)将WC、Ni、晶须原料粉末混合均匀，然后加入乙醇介质，采用湿球磨细化，得到粘结相和硬质相分布均匀的混合料；

2)在真空干燥箱中干燥湿磨的混合料，真空度高于10^-3Pa，干燥温度80-100℃；

3)将真空干燥处理后的混合料在石墨模具中压制成坯，控制压强范围45-60MPa；

4)将上步所得的坯采用高纯氮保护，置于真空烧结炉中连续烧结0.8-1.5h，然后随炉冷却即得。

上述本发明的方法，步骤1)中，WC、Ni和晶须的重量比90:8:2，所述晶须为陶瓷晶须，选自SiC晶须、Al₂O₃晶须、Si₃N₄晶须，晶须的直径范围为0.1-10μm，晶须长度5-150μm；步骤2)中，干燥温度为80-100℃；步骤1)中，磨球的转速为50-300r/min，湿磨时间为6-24h，优选的，步骤1)中，所述磨球的转速100r/min，所述湿磨时间为12h；步骤4)中，真空烧结炉的温度范围为950℃-1650℃，优选的，步骤4)中真空烧结炉的温度为1480℃，烧结时间为1h。

在一具体实施方案中，本发明的一种制备高强度WC-Ni硬质合金的方法，包括：

首先按一定的配比90:8:2分别准确称取WC、Ni、晶须原料粉末，晶须的直径范围为0.1-10μm，晶须长度范围为5-150μm，所述晶须为陶瓷晶须，选自SiC晶须、Al₂O₃晶须、Si₃N₄晶须，然后将其分别加入球磨桶中混合均匀，球磨桶内装直径10mm的YG8硬质合金球，湿磨介质为乙酸。球磨工艺的作用是使原料粉末在球磨桶内细化和均匀化，使合金中粘结相和硬质相分布均匀，以及使晶粒粒度符合要求。优选的，球转速为100r/min，球磨时间为12小时，然后在真空度高于10^-3Pa，干燥温度为80-100℃的真空下干燥湿磨混合料。将真空干燥后的混合料用压制机压制成坯，控制压强范围45-60MPa，所得的坯采用高纯氮保护，以连续烧结的方式在1480℃的真空烧结炉中lh，烧结完后随炉冷却即得。

向WC、Ni原料粉末中添加一种纤维状单晶体的晶须，通过合理控制晶须的添加量WC的质量百分比范围85％-92％、Ni的质量百分比范围6％-13％、晶须的质量百分比不超过10％，以及球磨工艺参数等，成功制备一种高强度高硬度的WC-Ni硬质合金，解决了WC-Ni硬质合金力学性能较差的问题，从而实现WC-Ni硬质合金的高性能制备，其断裂强度超过WC-Co硬质合金的断裂强度，并且具有更好的耐磨性和更低的热膨胀系数。

具体实施方式