[发明专利]采用纳米尺度晶粒抑制剂碳化钒制备超细硬质合金的方法

说明书

本发明公开了一种采用纳米尺度晶粒抑制剂碳化钒制备超细硬质合金的方法。所述方法包括：将钒离子与有机配体通过水热法生成含钒的金属有机骨架材料，并将其与硬质合金均匀混合，形成硬质合金复合材料，之后进行球磨、造粒、压制成型、烧结等处理，获得细晶硬质合金。本发明以含钒的金属有机骨架材料为碳化钒的前驱体加入硬质合金组分中，在球磨过程中含钒的金属有机骨架材料能够比通常添加碳化钒粉末分布更加均匀，在烧结的脱蜡阶段会在高温下碳化原位生成纳米尺寸的碳化钒，实现烧结过程中对晶粒长大的抑制作用，该方法不仅能够显著改善碳化钒在硬质合金中分布的均匀性，而且形成的纳米尺寸的碳化钒对晶粒长大的抑制效果更加明显。

技术领域

本发明涉及一种硬质合金材料，特别涉及一种采用纳米尺度晶粒抑制剂碳化钒(VC)制备超细硬质合金的方法，属于粉末冶金技术领域。

背景技术

硬质合金自20世纪20年代问世以来，因其具有高强度、高硬度、良好的耐磨性、高弹性模量、优异的抗冲击性、膨胀系数小等优点，被广泛应用于机械加工、冶金采矿、精密模具、航空航天和军工等各个领域。随着人们研究的深入，硬质合金发展迅速，从最初广泛应用于高强度耐磨工件(拉丝模具、耐磨轴承、转位刀具等)逐步向目前精密化小型化的器件(涂层铣刀、微型钻头等)发展。21世纪是我国工业迅猛发展的阶段，在机械化和精密加工崛起的进程中，作为“工业牙齿”的硬质合金的发展占据着举足轻重的位置。近来我国硬质合金产量稳步上升，而钨资源的产量却在逐年下降，在当前节能减排，绿色发展的趋势下，提高资源的利用率，生产制造综合性能优异的硬质合金产品提高产品的使用寿命尤为重要。WC-Co硬质合金是由作为增强相的WC和粘结相Co经粉末冶金的方法制备而成，但其强度和韧性是一对矛盾的综合体，Co含量的增加会使材料的韧性提高，但势必以牺牲强度为代价。为了平衡这对矛盾的综合体，业界研发人员把目标转向超细(WC平均晶粒尺寸为0.2～0.6μm)乃至纳米级别(WC平均晶粒尺寸0.2μm)的硬质合金，超细硬质合金的出现使得在提高硬质合金强度的同时并不以牺牲韧性为代价，为生产综合性能优异的硬质合金材料指明了发展方向。但是超细硬质合金烧结过程中的晶粒长大是影响其性能的重要因素，所以有效控制晶粒长大是超细硬质合金生产制备的重要环节。

目前为有效控制硬质合金晶粒大小，除了要求原始WC粉末粒度要足够细以外，添加晶粒抑制剂控制烧结过程中晶粒的长大已经成为最直接有效的方式，其中VC抑制晶粒长大的效果最为明显。但是生产过程主要是在球磨过程中添加VC，这样做一是不利于抑制剂的均匀分散，二是VC颗粒尺寸大，在烧结过程中溶解迁移速度慢，控制晶粒长大的效果不能完全发挥。

金属有机骨架材料(MOF)是一种以金属中心和有机配体形成的三维多孔纳米材料，由于其中金属和配体结构的多样性，成为一类结构非常丰富的纳米多孔材料。MOF材料最大的优势是其结构和组分可设计性，多价金属离子可以均匀地分布在有机骨架中，即金属颗粒在MOF中能够均匀分布并且金属颗粒的尺寸非常小能达到纳米级别。在高温下MOF材料会生成粒度极小的氧化物或氮化物。其实，该类纳米材料在硬质合金领域具有诱人应用前景，尤其作为晶粒抑制剂的各类高熔点碳化物更需要纳米化以发挥其最大功效，但迄今尚无相关报道。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种采用纳米尺度晶粒抑制剂碳化钒制备超细硬质合金的方法，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种采用纳米尺度晶粒抑制剂碳化钒制备超细硬质合金的方法，其包括：

提供作为前驱体的钒的金属有机骨架材料(V-MOF)；

将所述含钒的金属有机骨架材料和硬质合金均匀混合，形成硬质合金复合材料；

对所述硬质合金复合材料进行球磨、造粒、压制成型、脱胶、烧结和脱蜡处理，获得超细硬质合金。