[发明专利]一种细晶硬质合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种细晶硬质合金及其制备方法。所述制备方法包括：将铬离子与有机配体通过水热法生成含铬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、脱胶、烧结等处理，获得细晶硬质合金。本发明以含铬的金属有机骨架材料作为碳化铬的前驱体，能够实现含铬的金属有机骨架材料在硬质合金中的均匀分布，进而在煅烧过程中原位制备纳米碳化铬晶粒细化剂，实现对硬质合金晶粒在烧结过程中晶粒长大的有效抑制，且晶粒抑制剂利用率高，从而实现细晶硬质合金的高效制备。该方法能够显著改善晶粒抑制剂添加均匀性和利用率的难题，可实现工业化生产，具有重要经济价值。

技术领域

本发明涉及一种硬质合金材料，特别涉及一种细晶硬质合金的制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术

硬质合金有高熔点碳化物为硬质相、金属Co或者Ni为粘结剂的金属陶瓷复合材料，具有超高的硬度和强度、优异的红硬性，被广泛应用于机械、矿山、石油、钻探等行业，被誉为工业牙齿。随着经济水平和规模的增长，工业领域对硬质合金的需求越来越大，并对其性能提出了更加苛刻的要求，必须兼顾硬度、强度和韧性的匹配，以胜任高精密、高效率的切削加工。通过进一步细化晶粒尺寸能够同时实现强度和韧性的提高，成为多年来研究的热点，并开发多种晶粒细化剂。

基于金属粘结剂与碳化物的溶解性差异，碳化铬、碳化钒、碳化钽、碳化铌、碳化锆等难熔化合物具有一定的晶粒长大抑制作用。中国发明专利20161021166.3公开一种超细晶硬质合金晶粒细化及尺寸分布均匀化的方法，通过添加碳化铬、碳化钒能实现对硬质合金晶粒尺寸长大的抑制，从而获得细晶硬质合金。中国发明专利201310129456.3公开了一种具有细化结构的细晶硬质合金，通过在硬质合金原料中直接添加铬、钒、钽、铌、锆等金属粉，通过原位碳化获得相应碳化物，进而实现有效抑制碳化物的异常长大，实现细晶硬质合金的有效制备。中国发明专利201610932621.2公开一种抑制硬质合金晶粒长大的方法及超细晶硬质合金制备工艺，通过添加氧化钒在烧结过程中还原碳化获得碳化钒，从而发挥其细化晶粒的作用。由此可以发现现有技术大部分都以直接添加金属粉、碳化物粉或氧化物粉的方式将晶粒长大抑制剂加入硬质合金组分中，由于自身原料尺度较大难以纳米化，因此存在添加量大及利用率低的难题。因而，实现抑制剂的纳米化及均匀分布，提高利用率和活性，是实现硬质合金细晶化的关键，亟待突破。

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，后续的煅烧碳化可以获得相应的氧化物、氮化物等化合物，且具有非常均匀的尺寸结构，是在催化、吸附、环境等领域具有重要应用前景。其实，该类纳米材料在硬质合金领域同样具有诱人应用前景，尤其作为晶粒细化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细晶硬质合金及其制备方法，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细晶硬质合金的制备方法，其包括：

提供作为前驱体的含铬的金属有机骨架材料(Cr-MOF)；

将所述含铬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、烧结处理，获得细晶硬质合金。

在一些实施例中，所述硬质合金复合材料包含0.2～5wt％含铬的金属有机骨架材料、80～96wt％WC和4～15wt％Co。

在一些实施例中，所述制备方法包括：使包含铬离子、有机配体和水的均匀混合反应体系于100～300℃进行水热反应2～24h，获得含铬的金属有机骨架材料。