[发明专利]一种具有表层富粘结相梯度结构的硬质合金及其制备方法

权利要求书

1.一种具有表层富粘结相梯度结构的硬质合金，其特征在于：

所述硬质合金由WC、粘结相、粘结相强化物质、立方碳化物组成；

所述粘结相由Co、Ni、Fe、Mo、Cr、V中一种或多种金属组成；

所述粘结相强化物质由Ni₃Al、Ru、Re、B中的一或多种物质组成；

所述立方碳化物指的是TaC、NbC、TiC、TiCxNy或它们的固溶体；

表层富粘结相梯度结构相比芯部组织缺立方碳化物相而富粘结相，富粘结相梯度结构的厚度为15μm-50μm，局部区域粘结相含量为标称粘结相含量的1.2～2.0倍，平均粘结相含量大于标称粘结相含量的1.4倍；

硬质合金各组分的质量百分比为：

立方碳化物占3-12%；

粘结相占4.5-12.5%；

粘结相强化物质占0-7.1%；

其余为WC占70-92.5%；

所述立方碳化物各类碳化物在硬质合金中的占比为：TiC：0-5%，TiCxNy：0.5-2.0%，TaC：0-5%，NbC：0-5%，其中TiCxNy 的x与y的关系为：3:7≤x：y≤7:3；

所述粘结相强化物质中各类物质在硬质合金中的占比为：Ni₃Al：0-5%，Re：0-1%，Ru：0-1%，B：0-0.1%。

2.一种根据权利要求1所述的具有表层富粘结相梯度结构的硬质合金的制备方法，包括配料、湿磨、干燥制粒、模压成型和烧结这几个步骤，其特征在于具体步骤如下：

（1）配料和湿磨：将WC粉、粘结相粉、粘结相强化物质粉末、TiCxNy粉及其他立方碳化物粉末按规定比例称取好后，再称取1.6～2.5 wt.%的成型剂，上述物料投入卧式球磨机后，加入物料重量3～7倍的硬质合金球磨球及物料重量16%-22%的工业无水酒精，混合湿磨20～80小时；

（2）干燥制粒：采用真空干燥后滚筒制粒或喷雾干燥，制得具有流动性的混合料粒子；

（3）模压成型：在具有硬质合金模腔的模具中进行精密压制，得到压坯；

（4）烧结：在具有真空烧结、微压烧结、加压烧结的多功能烧结炉中一次烧结成型；所述烧结的具体步骤为：

（1）在氢气、氩气、氮气或真空条件下升至成型剂脱除温度，保温并脱除成型剂；

（2）在真空气氛下升温至共晶温度并保温30-60min，通入N₂和Ar混合气体使炉压升至2mbar～80mbar，继续升温至烧结温度并保温30-90min，通入Ar气加压烧结10-40min后，随炉冷却至1420℃，抽真空使炉内压力低于1mbar，通入Ar或H₂或两者的混合气体使炉内压力升至2mbar～40mbar，控制降温速度小于等于5℃/min降温至1200℃后，先抽真空后再通入Ar气至40～500mbar快速冷却至室温，得到具有表层富粘结相梯度结构的硬质合金。

3.根据权利要求2所述的一种具有表层富粘结相梯度结构的硬质合金的制备方法，其特征在于：

步骤（1）中配料所采用的WC粉和立方碳化物粉末，在粒度上满足下列要求，WC的平均粒度为0.4～8.0μm，立方碳化物的粒度N与WC粒度M的关系为：当0.4≤M＜1.0μm时，N≤（0.8M+0.4）μm，当1.0≤M＜2.0μm时，N≤（0.4M+0.8）μm，当2.0≤M≤8.0μm时，N≤（0.2M+1.2）μm。

4.根据权利要求2所述的一种具有表层富粘结相梯度结构的硬质合金的制备方法，其特征在于：对烧结温度和加压烧结的压力有如下规律：当配料的WC粉粒度≤0.8μm时，所述烧结温度为1400℃-1480℃，所述加压烧结的Ar气压力为30-100bar；当配料的WC粉粒度＞0.8μm时，所述烧结温度为1450℃-1530℃，所述加压烧结的Ar气压力为0-10bar。