[发明专利]一种梯度硬质合金及其制备方法、应用

说明书

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种梯度硬质合金及其制备方法、应用。本发明的梯度硬质合金的制备方法包括以下步骤：将原料粉末混合均匀，加入成型剂后得混合料粉末；所述原料粉末为：WC粉、Ni₃Al粉、Ti(C,N)粉、TiC粉、B粉以及W粉或石墨粉；将混合料粉末在200～300MPa下压制成型，得到压坯；将压坯在N₂保护下升温至1320～1370℃，保温1～2h后随炉冷却，得到预烧结样品；将预烧结样品在真空下升温至1420～1450℃，保温1～2h后，随炉冷却，即可得到梯度硬质合金。本发明的方法制备的梯度硬质合金可用于涂层切削刀具，较传统梯度硬质合金切削刀具，减少了环境毒性，并且硬度高、韧性好，其抗氧化和耐高温性能显著提高。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种梯度硬质合金及其制备方法、应用。

背景技术

在硬质合金切削刀具基体表面涂覆耐磨性好的金属或非金属化合物涂层是一种有效提高刀具使用性能的方法，但所涂覆涂层与硬质合金基体的热膨胀系数不同。由于热应力的作用，刀具在冷却过程中容易诱发裂纹而导致材料失效。目前，通常对含氮硬质合金基体进行脱氮烧结形成梯度层(脱β层)来避免由于裂纹的产生和扩展而导致的材料失效。目前国内外大多数脱β层梯度硬质合金采用的初始成分为WC-Ti(C,N)-Co。

其中Co是硬质合金中常用的粘结相。如申请公布号为CN106048360A的中国专利申请文件中公开了一种表面具有双层梯度的硬质合金及其制备方法，该硬质合金由WC、Co、富Ti-(Ta/Nb)立方相和富Zr/Hf立方相组成，其中第一梯度层中仅有WC和Co两相，第二梯度层由WC、Co和立方相构成。上述硬质合金以Co为粘结相，利用ZrC/HfC与Ti(C,N)之间的溶解度间隙形成两种结构相同但合金成分不同的立方相。但是Co属于战略资源，价格较为昂贵，Co粉还是一种对人体有害的物质，且碳化物与Co复合而成的硬质合金材料超细粉末毒性远大于纯Co和纯碳化物。

申请公布号为CN103820692A的中国专利申请文件中公开了一种采用Ni₃Al和Ni为粘结剂的Ti(C,N)基金属陶瓷及制备方法，该金属陶瓷以TiC，TiN，Mo、WC、石墨、Ni粉和含B的Ni₃Al粉为原料，经过球磨、模压成形、真空脱脂和真空烧结制备而成。申请公布号为CN108034877A的中国专利申请文件中公开了一种无钴梯度WC硬质合金高压方块的制备方法，该高压方块以Ni₃Al为粘结相，先与WC形成混合粉，低Ni₃Al含量混合粉包覆高Ni₃Al烧结形成外部高硬而芯部高强韧的硬质合金高压方块。

虽然Ni₃Al可以替代Co作为粘结相在WC基硬质合金和Ti(C,N)基金属陶瓷中使用，但是如何在以Ni₃Al为粘结相时WC-Ti(C,N)基脱β层梯度硬质合金仍具有较高的硬度及韧性等综合性能仍需进一步研究。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种梯度硬质合金的制备方法，该制备方法制备的梯度硬质合金具有较高的硬度及韧性。

本发明的第二个目的在于提供一种梯度硬质合金，该硬质合金具有较高的硬度和韧性。

本发明的第三个目的在于提供一种上述梯度硬质合金在涂层用切削刀具方面的应用，用作切削刀具时具有较长的使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种梯度硬质合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)将原料粉末混合均匀，加入成型剂后得混合料粉末；所述原料粉末为：WC粉、Ni₃Al粉、Ti(C,N)粉、TiC粉、B粉以及W粉或石墨粉；

(2)将混合料粉末在200～300MPa下压制成型，得到压坯；