[发明专利]非晶晶化制备纳米晶WC-Co硬质合金的方法

说明书

非晶晶化制备纳米晶WC‑Co硬质合金的方法，属于硬质合金材料制备领域。首先制备出三元化合物Co₆W₆C粉末，经高能球磨得到非晶态的Co₆W₆C粉末，再在放电等离子烧结的条件下，使非晶态Co₆W₆C粉末发生晶化反应，一步生成纳米多晶态WC‑Co两相复合粉末，进而进行烧结致密化，最后获得纳米晶组织的致密WC‑Co硬质合金块体材料。本方法可以确保非晶Co₆W₆C粉末完全晶化、反应充分得到纯净的WC和Co，同时不发生明显晶粒长大而使块体中WC平均晶粒尺寸保持在纳米尺度。

技术领域

本发明属于硬质合金材料制备领域，具体涉及一种用三元化合物为前驱体制备纳米晶WC-Co硬质合金块体材料的方法。

背景技术

WC-Co硬质合金因其高硬度和耐磨性、高的抗弯强度和良好断裂韧性等独特性能，在切削工具、模具、矿山工具及耐磨零部件等工业领域得到广泛应用。当WC晶粒尺寸细化到超细乃至纳米尺度，硬质合金可具有更高的硬度和强度。传统方法通过在WC-Co粉末中加入难熔金属碳化物(VC、Cr₃C₂、NbC等)作为晶粒长大抑制剂，控制烧结过程中晶粒粗化，以期得到纳米晶粒组织的硬质合金块体材料。然而，由于难以解决控制晶粒长大和获得接近理论密度的烧结致密性之间的矛盾，目前国内外所制备的硬质合金块体材料的WC平均晶粒尺寸绝大多数在亚微米尺度，极少有WC平均晶粒尺寸减小到100nm以下真正意义上的纳米晶硬质合金块体材料的研究报道。

非晶晶化法是金属材料领域用于制备纳米晶组织的金属或合金的一种有效方法。但是，这种方法从未应用于陶瓷材料领域或陶瓷基复合材料领域，其根本原因在于陶瓷基非晶态前驱体材料制备极难。因此，国内外至今尚无通过非晶晶化的方式制备纳米晶硬质合金的报道。为突破此国际技术难题，本发明选择一种特殊的三元化合物以之作为间接前驱体，首先制备非晶态组织，再通过同步发生的非晶晶化和原位反应过程，获得纳米晶组织的WC-Co复合材料块体。

发明内容

本发明首先批量制备出三元化合物Co₆W₆C粉末，优选应用申请人已有授权专利技术(授权专利号：CN201510491451.4)；将制备的Co₆W₆C粉末进行高能球磨得到非晶态的Co₆W₆C粉末，再利用放电等离子烧结的独特条件，使非晶态Co₆W₆C粉末同步发生晶化反应，生成纳米多晶态WC-Co复合粉末，进而进行烧结致密化，最后获得纳米晶组织的致密WC-Co硬质合金块体材料。本发明其特征在于，包含以下步骤：

(1)批量制备出平均粒径不大于500nm的三元化合物Co₆W₆C粉末(以申请人已有授权专利技术(授权专利号：CN201510491451.4))，以之为原料，与硬质合金球一起加入硬质合金球磨罐中，每罐中装入直径分别为4mm、5mm、8mm和10mm的四种硬质合金磨球，其质量比为2:2:4:2，以氩气作为保护性气氛，硬质合金磨球与三元化合物Co₆W₆C的重量比为(18～25)：1，球磨时间为55～70小时，球磨转速为500～600r/min，球磨后得到非晶态的Co₆W₆C粉末；

(2)对制备的非晶态Co₆W₆C粉末进行碳含量检测，结合测定的碳含量和反应式Co₆W₆C+5C＝6WC+6Co加入相应的炭黑，使得混合粉末中的碳元素含量为6.00％～6.90wt％；