[发明专利]一种表层富立方相的双层结构硬质合金及其制备方法

说明书

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种表层富立方相的双层结构硬质合金及其制备方法。本发明表层富立方相的双层结构硬质合金包括以下成分及其质量百分数：碳化钛4‑6％、钴6‑10％、碳化钒0.1‑1.0％、钪0.1‑1.0％、碳化钨82‑89.8％，通过球磨、干燥、制粒、压坯和低压高温烧结等一系列工艺步骤制成。本发明提供的表层富立方相的双层结构硬质合金通过在配方中添加稀土金属钪，大大提高了氮气在金属粘结相的溶解度，增加了硬质合金表层富立方相的厚度，使其具有优异的耐磨性；通过控制低温烧结过程中的升温速率，减少缺陷生成，使得合金结构致密，更加适用于工业应用。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种表层富立方相的双层结构硬质合金及其制备方法。

背景技术

WC-Co硬质合金具有硬度高、耐磨性好、红硬性高且化学性能稳定等一系列优良特性，已广泛应用于机械加工、模具成型、凿岩采矿、石油勘测和建筑工具等领域。

传统硬质合金是由均匀分布的碳化物陶瓷相骨架与金属粘结相交错形成的复合材料。通常情况下，当陶瓷硬质相的含量比例提高时，有助于硬度、耐磨性以及耐高温性能的改善，但同时会造成韧性的降低；反之当金属粘结相的含量比例提高时，则会出现相反的力学性能变化规律。这使得宏观结构均匀的硬质合金都会存在无法同时提升耐磨性和断裂韧性的巨大局限性，然而梯度结构硬质合金则能在表层空间尺度上实现对硬质相或粘结相的梯度变化分布，实现对其表面性能自由的调节，赋予硬质合金不同力学性能的相互匹配，从而提高硬质合金工具的使用寿命和满足工业应用不断发展的现状。

目前，梯度硬质合金的制备方法主要包括表面渗碳与表面渗氮两种方法。中国专利CN106987752B公开了一种表面渗碳的梯度硬脂合金的制备方法，该方法通过球磨、过滤、干燥、掺成型剂、压制成型制得硬脂合金生坯，然后配置含氢渗碳介质，将生胚装填在含氢渗碳介质中，在真空烧结炉中1350-1500℃保温1-2h，使碳元素由含氢渗碳介质向硬质合金表面扩散，形成表面渗碳层，最终实现表面渗碳的梯度硬质合金。此种梯度硬脂合金表面的碳层分布并不均匀，且碳层较薄，达不到预想的使用效果。中国专利CN102134660B公开了一种表面富立方相的功能梯度硬质合金及其制备方法，此制备方法采用碳化钨、复式碳化物、碳氮化钛和钴为原料，按照一定配比混合，采用粉末冶金工艺模压成型，然后在低压炉中通过控制温度和氮气压力进行制备，但是制成硬质合金表面的富立方相表层很薄，达不到工业用的价值。

对于表面渗碳技术，表面渗氮可以制备表面富立方相(Ti(CN))的特殊结构梯度硬质合金，可以更大程度提升硬质合金的耐磨性和断裂韧性。由于氮气在金属粘结相中的溶解度很低，使得渗氮的效果不够理想，所能得到的富立方相表层都很薄难以具有工业应用价值。

综上所述，现有技术中存在渗氮效果不理想、结构梯度硬质合金表层薄等技术难题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种表层富立方相的双层结构硬质合金及其制备方法，应用本方法制得的表层富立方相的双层结构硬质合金表层富立方相(Ti(CN))的厚度可以达到2mm，满足工业应用的需求，且本发明制备过程中对原有设备和工艺的改变不大，无需新的设备即可制得性能优良的硬质合金，适用于工业化生产。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种表层富立方相的双层结构硬质合金包括以下成分及其质量百分数：碳化钛4-6％、钴6-10％、碳化钒0.1-1.0％、钪0.1-1.0％，碳化钨82-89.8％。

进一步的，所述表层富立方相的双层结构硬质合金包括以下成分及其质量百分数：碳化钛5％、钴8％、碳化钒0.5％、钪0.5％，碳化钨86％。

进一步的，所述表层富立方相的双层结构硬质合金原料中各组分的粒径为：碳化钛0.8-1μm、钴1.0μm、碳化钒1.0μm、钪1.0μm、碳化钨0.2-2.5μm。