[发明专利]一种SPS原位碳化合成WC-6Co硬质合金

说明书

为了改善WC‑Co硬质合金的硬度、耐磨性，研制了一种SPS原位碳化合成WC‑6Co硬质合金。采用纯W粉、纯Co粉、细颗粒炭黑、细颗粒有机碳为原料，所制得的SPS原位碳化合成WC‑6Co硬质合金，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。其中，碳元素的添加能够使WC晶粒分布均匀，并且晶粒长大的现象得到一定程度的抑制，保温时间的长短对硬质合金的性能影响不大，烧结压力对硬质合金的性能具有很大的影响，烧结初期的烧结压力过大时会导致硬质合金内部产生较大的孔隙，致使硬质合金样品的致密度降低。本发明能够为制备高性能的WC‑6Co硬质合金提供一种新的生产工艺。

所属技术领域

本发明涉及一种硬质合金材料，尤其涉及一种SPS原位碳化合成WC-6Co硬质合金。

背景技术

硬质合金是由一种或多种高硬度、高模量的间隙化合物与过渡族金属或其合金组成的复合材料。WC-Co硬质合金因其具有高硬度、高耐磨性、优良的韧性及其诸多优异的力学性能而被广泛应用与各行各业，且被誉为“工业的牙齿”。硬度、耐磨性及强度既是作为衡量WC-Co硬质合金好坏的重要技术指标，也是WC-Co硬质合金优于其他材料的根本。因此，提升WC-Co硬质合金的硬度、强度和耐磨性成为了WC-Co硬质合金研究领域的重中之重。

放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,简称SPS)工艺是将金属等粉末装入石墨等材质制成的模具内，利用上、下模冲及通电电极将特定烧结电源和压制压力施加于烧结粉末，经放电活化、热塑变形和冷却完成制取高性能材料的一种新的粉末冶金烧结技术。放电等离子烧结具有在加压过程中烧结的特点，脉冲电流产生的等离子体及烧结过程中的加压有利于降低粉末的烧结温度。同时低电压、高电流的特征，能使粉末快速烧结致密。

发明内容

本发明的目的是为了改善WC-Co硬质合金的硬度、耐磨性，设计了一种SPS原位碳化合成WC-6Co硬质合金。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

SPS原位碳化合成WC-6Co硬质合金的制备原料包括：纯度大于99.95%、平均粒径约为0.8μm的纯W粉、纯度大于99.95%、平均粒径约为3μm的纯Co粉、细颗粒炭黑、细颗粒有机碳。

SPS原位碳化合成WC-6Co硬质合金的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入硬质合金球磨罐中进行湿磨，球磨介质为直径18mm的硬质合金球，球磨机转速为50r/min，己烷加量为210mL/kg，球料比为8：1，球磨时间为40h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为40min，干燥温度为30℃，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至单柱液压机中进行压制成形，压制压力为180MPa。将制好的压坯放入SPS烧结炉中进行烧结，烧结温度为1460℃，保温时间为90min。

SPS原位碳化合成WC-6Co硬质合金的检测步骤为：显微形貌分析采用TM3030扫描电镜，物相组成采用EmpyreanX射线衍射仪，密度采用阿基米德原理测定，硬度采用洛氏硬度计测量，抗弯强度采用三点弯曲试验法。

所述的SPS原位碳化合成WC-6Co硬质合金，碳元素的添加能够使WC晶粒分布均匀，并且晶粒长大的现象得到一定程度的抑制，当硬质合金内部无脱碳相和游离碳的存在时，硬质合金具有最优异的力学性能。当硬质合金的力学性能最优时，SPS烧结工艺所对应的烧结温度为1400℃，保温时间为10min。

所述的SPS原位碳化合成WC-6Co硬质合金，保温时间的长短对硬质合金的性能影响不大，烧结压力对硬质合金的性能具有很大的影响，烧结初期的烧结压力过大时会导致硬质合金内部产生较大的孔隙，致使硬质合金样品的致密度降低。烧结压力的增大应当等到烧结温度达到1190℃，此时增大烧结压力对硬质合金制品性能的影响最小，而且能够提高硬质合金的致密化程度，降低合金内部的孔隙度。

本发明的有益效果是：