[发明专利]异质核壳结构复合粉末及其制备方法

说明书

本发明涉及硬质合金技术领域，具体公开一种异质核壳结构复合粉末及其制备方法。所述异质核壳结构复合粉末，以WC为内核、抑制剂为内壳层、粘结相金属为外壳层；所述抑制剂为过渡金属碳化物，所述粘结相金属为Co、Ni、Fe的混合合金；所述抑制剂在所述复合粉末中的质量分数为1.2wt.％～4wt.％，所述粘结相金属在所述复合粉末中的质量分数为3wt.％～15wt.％，所述混合合金中Co、Ni、Fe的质量比为(1‑2)：(1‑2)：(1‑2)。本发明提供的异质核壳结构复合粉末，组织均匀、性能稳定、成分易调节，可通过调整工艺参数，对粉末内核平均粒径、内外壳层厚度及其成分等进行调控，为制备不同晶粒度高性能硬质合金奠定基础。

技术领域

本发明涉及硬质合金技术领域，尤其涉及一种异质核壳结构复合粉末及其制备方法。

背景技术

硬质合金是指以碳化钨等碳化物作硬质相，铁、钴、镍等金属作粘结相，由粉末冶金法制备得到的一类复合材料，具有硬度高、强度好、耐磨性和红硬性优良等一系列特性，适于用制作切削、掘进、耐磨等工模具产品。粉末冶金法制备硬质合金时，合金压坯须经过高温烧结，该过程极易导致硬质相晶粒长大，使合金力学性能不能满足要求。因此，为了抑制硬质相晶粒的长大，在制备硬质合金时，必须添加少量的添加剂作晶粒长大抑制剂。硬质合金中添加抑制剂时，通常以球磨的方式将抑制剂与WC、Co/Ni粉进行机械混合，但由于抑制剂和Co/Ni的添加量较少，球磨很难使其在混合料中均匀分布，易导致晶粒异常长大、合金组织不均匀。为此，提高晶粒长大抑制剂和粘接相金属在混合料中的均匀性，是改善其作用效果的关键。

与传统机械混合技术相比，现有技术在一定程度上提高了抑制剂和粘接相在混合料中的分布均匀性，但仍无法用于制备“硬质相-抑制剂-粘接相”体系混合均匀的粉末，限制了硬质合金性能的提升，且存在制备工艺复杂、成本较高、成分不易调节等问题。

发明内容

针对现有技术仍不能够很好地改善抑制剂和粘接相金属在混合料中的均匀性，且存在制备工艺复杂、成本较高、成分不易调节等问题，本发明提供一种异质核壳结构复合粉末及其制备方法。

为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

异质核壳结构复合粉末，以WC为内核、抑制剂为内壳层、粘结相金属为外壳层；所述抑制剂为过渡金属碳化物，所述粘结相金属为Co、Ni、Fe的混合合金；所述抑制剂在所述复合粉末中的质量分数为1.2wt.％～4wt.％，所述粘结相金属在所述复合粉末中的质量分数为3wt.％～15wt.％，所述混合合金中Co、Ni、Fe的质量比为(1-2)：(1-2)：(1-2)。

具体地，混合合金粘结相的缓慢扩散效应，使得金属在烧结为液相时，原子不易传输扩散，可抑制碳化钨相晶粒长大，进而避免烧结体硬度、韧性、耐温及耐磨性下降。

进一步地，W元素的原料选自钨酸铵、仲钨酸铵、偏钨酸铵或正钨酸铵中的至少一种，为异质核壳结构复合粉末提供W元素，最终形成WC内核。

进一步地，所述抑制剂为VC、Mo₂C、Cr₃C₂、NbC、TaC或TiC中的至少一种，作为晶粒长大抑制剂有效调控合金烧结过程中元素的扩散和溶解析出，与混合合金粘结相的缓慢扩散效应协同作用，高效抑制硬质相晶粒的长大，使异质核壳结构复合粉末具有极高的宏观成分均匀性、微观成分梯度性、粉末粒径一致性、以及易烧结致密性等优异特征，其中，当抑制剂成分为两种以上时，抑制剂在复合粉末中最终以固溶体形式存在。

进一步地，V元素的原料选自偏钒酸铵或多钒酸铵中的至少一种；Mo元素的原料选自钼酸铵或多钼酸铵中的至少一种；Cr元素的原料选自铬酸铵或重铬酸铵中的至少一种；Nb元素的原料选自氢氧化铌；Ta的原料选自氢氧化钽；Ti元素的原料选自硫酸氧钛或偏钛酸中的至少一种。

进一步地，所述抑制剂中的C元素的原料选自葡萄糖、蔗糖、纳米炭黑或纳米活性炭中的至少一种。