[发明专利]超细晶碳化钨基硬质合金的制备方法

说明书

本发明公开了一种超细晶碳化钨基硬质合金的制备方法。所述方法先通过超声震荡制备纳米级WC‑Co混合粉，混合粉料干燥，研磨，过筛后倒入模具中再进行预压，最后在真空环境中，采用放电等离子烧结工艺，以100±20℃/min的升温速率持续升温到1300±20℃，控制压力30±2Mpa，制得超细晶碳化钨基硬质合金。本发明采用超声震荡方法结合放电等离子烧结技术，制备出的超细晶碳化钨基硬质合金不但具备较高的硬度，还具有良好的韧性，同时生产过程大大简化，提高了生产效率。

技术领域

本发明属于放电等离子烧结材料技术领域，涉及一种超细晶碳化钨基硬质合金的制备方法。

背景技术

碳化钨(WC)基硬质合金材料是一种高硬度、高耐磨性、耐腐蚀性材料。超细WC-Co硬质合金具有比普通WC-Co硬质合金更高的硬度、更好的耐磨性、更高横向断裂强度以及更良好的断裂韧性等优越性能，更适用于高温、摩擦、重载等环境恶劣的工况，如矿山开采、石油钻井等，也可用于航空航天用部件、模具制造、高速切削刀具等领域。目前，硬质合金的传统烧结工艺主要有以下几种：反应烧结、无压烧结、气压烧结、热压烧结、热等静压烧结和微波烧结。但传统烧结存在许多弊端，例如设备和维护成本高昂；采用热辐射、热传导的加热方式会引起材料内的温度梯度较大，材料内部容易产生残余应力；制备周期长，效率低，不利于材料的批量生产。而微波烧结则对材料的吸波性能有很大的依赖，大大限制了其使用范围。

放电等离子烧结(SPS)是一种新型烧结方法，其利用脉冲能、脉冲压力和焦耳热产生的瞬时高温场，具有升温速率快，保温时间短，致密度程度高的特点，是一种经济、节能、高效、环保的烧结方式，除此之外具有降低烧结温度、改善微观组织、提高材料性能的特点。由于其特殊的烧结机理，越来越多的人把这种技术应用到超细晶的制备上。就WC基硬质合金材料的SPS烧结而言，很多学者都进行了研究。文献1(Shen T T,et al.Effects of LaB6addition on the microstructure and mechanical properties of ultrafinegrained WC–10Co alloys[J].J.Alloys Compd.,2011,509(4):1236-1243.)通过行星球磨机制备WC-10Co硬质合金复合粉，球磨时间可达48h，最终制得硬质合金的致密度为97.46％，断裂韧性为8.76MPa·m^1/2，但制备周期较长且韧性也不高。文献(Bonache V,etal.Fabrication of full density near-nanostructured cemented carbides bycombination of VC/Cr₃C₂,addition and consolidation by SPS and HIP technologies[J].Int.J.Refract.Hard Met,2011,29(2):202-208.)制备WC-12Co-VC硬质合金，其晶粒尺寸可达到120nm，硬度达到大约2100HV₃₀和韧性10MPa·m^1/2，VC的加入虽然提高了硬度，但是也降低了韧性。文献3(S.Chockalingam,D.A.Earl,Microwave sintering of Si₃N₄withLiYO₂and ZrO₂as sintering additives,Mater.Design.31(2010)1559-1562.)利用SPS烧结WC-Ni-VC-TaC-cBN硬质合金，发现加入当50wt％cBN时，烧结出样品的硬度可以达到3400HV，致密度可以达到98％，但是其抗弯强度降低至1250MPa，且弯曲强度降低，且所用增强相成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超细晶碳化钨基硬质合金的制备方法。该方法采用纳米级WC和Co粉制备复合粉，优化配粉工艺和烧结工艺，在降低原料成本、提高生产效率的同时，提高材料的综合力学性能。

实现上述目的的技术方案如下：