[发明专利]一种基于放电等离子两步烧结制备硬质合金的方法

说明书

本发明属于放电等离子烧结材料领域，特别是一种基于放电等离子两步烧结制备硬质合金的方法。该方法经过混料，干燥、过筛，预压之后进行两步烧结，所述两步烧结采用放电等离子炉，烧结工艺参数是以100±10℃的升温速率持续升温到1300±10℃保温3min，然后以200±30℃的降温速率降温至1200±10℃保温5min。本发明提出的两步法烧结超细晶WC‑12Co‑0.2VC硬质合金的方法，首先，采用较高的烧结温度和较短的保温时间使WC粉末快速形成细小、规则的WC晶粒，然后降到较低烧结温度并保温较长时间使WC晶粒生长缓慢而材料进一步致密化。

技术领域

本发明属于放电等离子烧结材料领域，特别是一种基于放电等离子两步烧结制备硬质合金的方法。

背景技术

由于硬质合金具的高硬度、高耐磨性、良好的高温稳定性等力学性能，其被广泛的应用在切削、钻孔以及一些矿山设备和部件上。相比于普通合金，超细晶硬质合金具有更优异的力学性能，硬质合金的硬度和强度都会随着WC晶粒尺寸降低到纳米级而得到提升。但是在制备超细晶硬质合金时，由于纳米WC颗粒具有较低的表面能，烧结过程中晶粒更容易长大。

添加晶粒长大抑制剂是抑制晶粒长大的一种办法。绝大部分晶粒长大抑制剂是过渡族金属碳化物，文献“SongX Y,et al.Effect of interfacial characteristics ontoughness of nanocrystalline cemented carbides[J].Acta Materialia,2013,61(6):2154-2162”以VC为抑制剂制备超细晶硬质合金，用等离子烧结方法烧结得到了致密度为98.5％的WC-10Co硬质合金，其硬度和断裂韧性分别为HV＝2050±10kgf mm-2、KIC＝14.5±0.5MPa m1/2。

文献“Shen T T,et al.Effects of LaB 6addition on the microstructureand mechanical properties of ultrafine grained WC–10Co alloys[J].J.AlloysCompd,2011,509(4):1236-1243.”通过添加V做抑制剂并用等离子烧结方法制备出平均晶粒尺寸为154nm、致密度为98.95％的WC-12Co硬质合金。这是由于抑制剂会在Co相中优先溶解和不断析出，改变Co相的湿润性和流动性以及WC在液相Co中的溶解度，影响烧结体的致密度。通过添加抑制剂虽然抑制了晶粒的长大，但所烧结硬质合金的致密度不是太高。

现有技术中提高烧结温度可以提升硬质合金的致密度，但这同时会促进晶粒的长大。对此文献“Yang Q M，et al.The effects of fine WC contents and temperature onthe microstructure and mechanical properties of inhomogeneous WC-(fine WC-Co)cemented carbids[J].CeramicsInternational,2016,42:18100-18107”也有记载。总之，传统的一步法烧结无法在抑制晶粒长大的同时提高所烧结样品的致密度。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种基于放电等离子两步烧结制备硬质合金的方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于放电等离子两步烧结制备硬质合金的方法，经过混料，干燥、过筛，预压之后进行两步烧结，所述两步烧结采用放电等离子炉，烧结工艺参数是以100±10℃的升温速率持续升温到1300±10℃保温3min，然后以200±30℃的降温速率降温至1200±10℃保温5min。

所述混料具体为：按质量百分比84-96％WC、4-16％Co和0.2-2％VC分别称取WC粉末、Co粉末、VC粉末，混合，室温下以无水乙醇作为震荡介质，进行超声震荡、搅拌、混粉2-3h。