[发明专利]一种低成本高性能混晶结构WC-Co硬质合金的制备方法

说明书

本发明公开了一种低成本高性能混晶结构WC‑Co硬质合金的制备方法，以偏钨酸铵、WC粉、石墨粉和钴粉为原料配制混合粉料；再加入去离子水；将混合料经球磨混料、添加成型剂、压制成型、脱脂并煅烧工序后，进行烧结，得到具有混晶结构的WC‑Co硬质合金。本发明制备的WC‑Co硬质合金硬度、抗弯强度和断裂韧性均较高，具有较好的综合力学性能。该制备方法工艺简单，对生产设备无特殊要求，生产成本较低，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及低成本高性能混晶结构WC-Co硬质合金的制备方法，属于粉末冶金技术领域。

背景技术

WC-Co硬质合金因具有硬度高、耐磨性好、红硬性高且化学稳定性较好等一系列优良特性，已广泛用作切削工具、地质矿山工具、模具、结构零件、耐磨零件、耐高温结构件等，被誉为“现代工业的牙齿”。然而，在硬质合金材料中，硬度和韧性之间是一对此消彼长的矛盾关系。在Co含量相同的情况下，当材料的WC晶粒较细时，硬质合金硬度较高，耐磨性较好，但是韧性明显偏低，脆性较大；而当材料的WC晶粒较粗时，其韧性较好，但其硬度和耐磨性则明显下降。然而，随着难加工材料的出现，以及复杂、严苛工况环境的增多，对硬质合金材料的综合力学性能提出了更高的要求，显然，传统的硬质合金并不能满足此种需求，这制约了硬质合金行业的发展。

为解决硬质合金硬度和韧性之间的矛盾，制备综合力学性能优良的硬质合金材料，科研人员提出了制备一种硬质相颗粒尺寸呈双峰分布的混晶结构硬质合金，可以综合粗晶和细晶硬质合金两者的优势。刘超等人(混晶WC-8Co硬质合金的制备及性能研究，中南大学,2014)通过将一定比例的粗WC粉末添加到细WC粉末中，制备出了硬质相颗粒尺寸呈双峰分布的混晶结构硬质合金，提高了材料的综合力学性能。然而，混晶结构硬质合金中粗WC颗粒在提高韧性的同时，使得其相对于细晶硬质合金硬度明显下降。中国专利CN102212731A公开了“一种兼具高强度和高韧性的双晶硬质合金的工业化制备方法”，该方法以WO_2.9，Co₃O₄,炭黑为原料，先在真空炉中制备出WC-Co混合粉末，然后在氩气保护下进行团聚预处理，最后对团聚预处理后的粉末进行模压成型和最终液相烧结制备出双晶结构硬质合金。然而，此种制备方法工艺流程复杂，操作繁琐，容易引入杂质，力学性能波动较大。中国专利CN 106756391 A公开了“一种具有混晶结构的WC-Co硬质合金制备方法”，该方法是基于原位碳热还原WO₃制备混晶结构硬质合金，但由于其中间过程产物缺碳相很难碳化完全，使得最终烧结体中常常存在脆性第三相，降低材料的强韧性，使得材料的性能波动较大。

鉴于上述情况，为了使WC-Co硬质合金能在更多领域得到更好的应用，有必要对此种材料进行进一步的研究，开发出一种具有混晶结构WC-Co硬质合金制备新方法，使其不但具有较高的硬度和强度，也具有较高的断裂韧性，并且适合于工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本高性能混晶结构WC-Co硬质合金的制备方法，以制备出不但具有较高的硬度和强度，也具有较高的断裂韧性的WC-Co硬质合金，且工艺过程简单、制造成本低廉。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种低成本高性能混晶结构WC-Co硬质合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，以偏钨酸铵、WC粉、石墨粉和钴粉为原料配制混合粉料；按照质量份数，所述WC-Co硬质合金由以下元素组成：N为0.58～0.61，H为0.18～0.19，O为4.41～4.68，W为76.01～80.68，C为7.78～8.35，Co为5.49～11.04；其中，N、H和O由偏钨酸铵引入；W一部分由偏钨酸铵引入，一部分由WC引入；C一部分由石墨粉引入，一部分由WC引入；Co由钴粉引入；

步骤2，将去离子水加入步骤1得到的混合粉料中；