[发明专利]一种一步烧结法制备的梯度结构硬质合金

说明书

为了改善梯度结构硬质合金的硬度、耐磨性，制备了一种一步烧结法制备的梯度结构硬质合金。采用WC粉、Co粉及碳含量为5.19%的WC‑10Co混合粉末为原料，烧结法制备的梯度结构硬质合金，烧结时间能够影响所制备的梯度层的厚度。梯度层的厚度随着烧结之间的增加而增加。但烧结时间过程会导致硬质合金晶粒的烧蚀，使其力学性能降低。所以，合理的控制烧结时间是制备过程的关键。所制得的一步烧结法制备的梯度结构硬质合金，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本发明能够为制备高性能的梯度结构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，尤其涉及一种一步烧结法制备的梯度结构硬质合金。

背景技术

硬质合金具有高硬度、高耐磨性、高弹性模量、耐腐蚀和成型性好等特点，在工具材料、耐磨材料、耐高温和耐腐蚀材料、交通运输业、建筑、金属成型等领域有广泛应用。然而，作为难加工材料，其脆性高、断裂韧性低、材料弹性极限和强度非常接近，导致切削力大、切削温度高、刀具磨损严重，采用传统的加工方法已难以满足精密及超精密加工技术的要求。

硬质合金烧结是将混合料压制成一定形状后，在合适的气氛下加热至适当的温度并保持一定的时间使其强化，达到最终要求的产品性能的过程。然而在烧结过程中如果不能有效抑制WC晶粒长大，合金的强度与韧性明显下降。工业上WC-Co硬质合金的烧结温度常常高于1400℃，而在如此高的温度下，WC-Co硬质合金的晶粒容易在烧结过程中长大，进而影响WC-Co硬质合金的性能。

发明内容

本发明的目的是为了改善梯度结构硬质合金的硬度、耐磨性，设计了一种一步烧结法制备的梯度结构硬质合金。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一步烧结法制备的梯度结构硬质合金的制备原料包括：WC粉，Co粉，碳含量为5.19%的WC-10Co混合粉末。

一步烧结法制备的梯度结构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，配好后倒入行星球磨机中进行湿磨，球磨介质为无水乙醇，球磨机转速为90r/min，球料比为6:1，球磨时间为24h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为50min，干燥温度为40℃，随后加入石蜡作为成形剂进行制粒。将制好的粉末加至万能试验机中进行压制成形，随后放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1400℃，保温时间为90min。

一步烧结法制备的梯度结构硬质合金的检测步骤为：密度采用JA2003型分析天平测定，显微结构采用LeniCaMeF3A偏光金相显微镜观测，晶粒尺寸采用Image-ProPlus软件分析。

所述的一步烧结法制备的梯度结构硬质合金，其表层WC晶粒的粒度要大于富钴层及芯部区域WC晶粒的粒度。

所述的一步烧结法制备的梯度结构硬质合金，烧结温度对硬质合金的力学性能有较大的影响，随着烧结温度的升高，硬质合金内部的WC晶粒尺寸也随着变大，致密化程度逐渐升高。

所述的一步烧结法制备的梯度结构硬质合金，烧结时间能够影响所制备的梯度层的厚度。梯度层的厚度随着烧结之间的增加而增加。但烧结时间过程会导致硬质合金晶粒的烧蚀，使其力学性能降低。所以，合理的控制烧结时间是制备过程的关键。

本发明的有益效果是：

采用WC粉、Co粉及碳含量为5.19%的WC-10Co混合粉末为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、成形、烧结工艺成功制备了具有优异力学性能的一步烧结法制备的梯度结构硬质合金。其中，烧结温度和烧结时间对硬质合金性能的提升有较大影响，WC晶粒会随着烧结温度的升高而增大，梯度层的厚度也会随着烧结时间的延长而增大。所制得的一步烧结法制备的梯度结构硬质合金，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本发明能够为制备高性能的梯度结构硬质合金提供一种新的生产工艺。

具体实施方式