[发明专利]采用密排配料方式制备的非均匀硬质合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种采用密排配料方式制备的非均匀硬质合金，涉及硬质合金技术领域，该硬质合金的制备原料包括：粗颗粒碳化钨、中颗粒碳化钨以及纳米颗粒碳化钨粉末。本发明还提供了该硬质合金的制备技术工艺方法，本发明的有益效果是制得的硬质合金平均晶粒度5～10μm，粗晶粒径达10～20μm，维氏硬度在1050以上，抗弯强度TRS在2200MPa以上，且合金晶粒金相组织粗大，具有极高的热导率、较好的抗热疲劳与抗热冲击性能，能够用于极端工况条件下软岩的连续开采等。

技术领域

本发明涉及硬质合金领域，具体涉及一种采用密排配料方式制备的非均匀硬质合金及其制备方法。

背景技术

硬质合金是以WC等难熔过渡族金属碳化物作为基，以Co等铁族金属元素作为粘结剂，采用粉末冶金方法制备成的多相固体材料。硬质合金具有高硬度、耐磨耐腐蚀性、高弹性模量、低热膨胀系数等优异的性能，因此硬质合金被誉为“工业的牙齿”，广泛应用于切削刀具、地质矿工具、耐磨零件等领域。硬质合金作为脆性材料存在强度与硬度的固有矛盾，一般其硬度越高强度越低，而强度越高硬度越低。在成分相同的钨钴类硬质合金中，WC晶粒越细，硬质合金的硬度越高，耐磨性越好；WC晶粒越粗，抗弯强度越高，冲击韧性越好，而硬度与耐磨性下降。解决硬质合金的强度和硬度之间的矛盾,使其有机结合起来一直是“难熔金属与硬质材料”领域的重要研究内容。

在矿山开采、城市地铁、公路建设、冲压模具、轧辊等领域，硬质合金工具受到非常巨大的冲击，对硬度和耐磨性也有一定要求，因此，一般使用粗颗粒的钨钴类硬质合金。特粗粒硬质合金由于具有极高的热导率、较好的抗热疲劳与抗热冲击性能，因此能够用于极端工况条件下软岩的连续开采(如采煤和地铁建设)与现代化公路、桥梁的连续作业(如挖路和铺路)，以及冲压模、冷墩模和轧辊等。这类合金的市场需求量占硬质合金市场需求总量的10％以上，具有非常广阔的市场前景。因此，如何制备得到一种硬度和耐磨性等性能均优异的特粗晶硬质合金是亟需解决的问题。

中国专利CN110343889A公开了一种特粗硬质合金及其制备方法，该专利的原料包括费氏粒度为0.1～0.2μm的纳米碳化钨粉、含有费氏粒度为1.0μm钴粉的粘结相、添加剂以及费氏粒度为25～35μm粗碳化钨粉，采用该专利制得的特粗硬质合金的晶粒度在10.5μm以上。中国专利CN102808096A公开了一种超粗晶WC-Co硬质合金的制备方法，该专利通过在原料中添加适量的细碳化钨粉末，球磨后得到的混合物料中超粗碳化钨粉的平均粒径在5.0～10.0μm，细碳化钨粉的平均粒径为0.1～1.0μm，再压制、烧结得到晶粒度为6.0～14.0μm的超粗晶硬质合金。中国专利CN102634684A公开了柔性球磨技术制备超粗晶硬质合金的方法，该专利采用将超粗碳化钨粉末和钴在双锥或Y型混合器中进行预混合，然后进行轻度球磨制备了晶粒度在6～10μm的超粗硬质合金，硬度HV30为740～1240，孔隙度小于A04B00。中国专利CN103643100A公开了一种纳米晶硬质合金及其制备方法，该制备原料包括6～20μm粗颗粒碳化钨、0.5～0.8μm纳米颗粒碳化钨和1～1.5μm钴粉，二次烧结后制备得到的硬质合金平均颗粒度在3.2～3.5μm，洛氏硬度HRA在84.4～86.4。

“纳米及亚微米复合粉添加对超粗晶硬质合金晶粒长大的影响及机制”(稀有金属材料与工程，2019年2月第48卷第2期)中公开了在粗颗粒WC/Co混合粉添加不同粒径的WC-Co粉，对不同烧结阶段WC晶粒长大的影响，最后，得出的结论是：加入纳米粉末后，晶粒快速长大；加入亚微米粉末后，晶粒长大的速度减缓。

现有技术中公开的硬质合金制备方法，都是采用粗碳化钨粉与纳米碳化钨粉或者粗碳化钨粉与细碳化钨粉为原料，制备得到的硬质合金有粗晶粒的，也有纳米晶粒的，说明不能简单的从原料中碳化钨粉的粒度判断产品的晶粒度和性能。

目前，尚未见到性能优异、能应用于极端工况条件的非均匀硬质合金。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种采用密排配料方式制备的非均匀硬质合金及其制备方法。