[发明专利]一种无粘结相碳化钨铝硬质合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种无粘结相碳化钨铝硬质合金的制备方法，包括以下步骤：A)将钨粉、铝粉和碳粉混合后进行高能球磨，得到高活性纳米级混合粉末；B)将所述高活性纳米级混合粉末冷压后进行烧结，得到无粘结相碳化钨铝硬质合金；所述烧结的压力为100～300MPa。本申请以钨粉、铝粉和碳粉为原料，通过高能球磨和活化反应烧结的方式制备了无粘结相型碳化钨铝硬质材料。

技术领域

本发明涉及硬质合金材料技术领域，尤其涉及一种无粘结相碳化钨铝硬质合金及其制备方法。

背景技术

碳化钨铝材料是近几年研发的新型硬质材料，它是由铝原子部分替代钨原子进入碳化钨晶格中部分替代钨的格位而形成的替位式固溶体。该材料相比于碳化钨具有更优异的力学性能，有望在机械加工工具、模具、轧辊、油井矿山钻具、及电触点材料等方面得到应用。

常规硬质合金由硬质相(碳化钨、碳化钛等)和粘结相(钴、镍、铁等)两部分组成。没有粘结金属的条件下材料很难烧结且强度、韧性较低，但是随着粘结金属含量的增高，材料的硬度会随之大幅度降低。如何解决这一矛盾成为硬质材料研究的一个难题。相关研究国内外鲜有报道，而无粘结相型碳化钨铝烧结体的制备对碳化钨铝材料的应用意义重大。

钨是稀缺的、不可再生的重要战略性资源，价格昂贵，资源有限。高效利用钨资源对相关行业发展有着重要意义。利用铝部分替代钨，不仅节约了钨资源的消费，同时材料的性能也得到提高。常规硬质合金通过添加粘结相，利用粉末冶金烧结的方法制备，但对于无粘结相的碳化物，由于其熔点很高，一般的粉末冶金方法难以烧结。

近年有报道采用SPS等极端方法制备，工艺成本高，很难批量生产。现有技术中曾利用高压烧结实现制备无粘结相碳化钨铝，高压烧结一般采用六面顶压力机，在给陶瓷粉体或具有一定致密度的坯体加热同时施加很高的压力(可达25GPa)，以实现陶瓷的压力烧结。作为一种极端的物理条件，高压能够有效地改变物质的原子间距和原子壳层状态，使素坯快速致密化，降低烧结温度，减少烧结时间，增大烧结体的密度和硬度，从而提高坯体的力学等性能。但高压存在以下问题，制约着其发展：高压设备对产品块体形状和尺寸(3～4mm)有着明显的限制，成为制约该技术发展与应用的瓶颈问题；由于结构的问题，真空度和温度都不能得到保证；高压烧结方法制备产品效率低。

迄今为止，有关以钨粉、铝粉和碳粉为原料，通过活化反应烧结方法直接制备无粘结相型碳化钨铝硬质合金烧结体的方法国内外尚无报道。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种无粘结相碳化钨铝硬质合金的制备方法。

有鉴于此，本申请提供了一种无粘结相碳化钨铝硬质合金的制备方法，包括以下步骤：

A)将钨粉、铝粉和碳粉混合后进行高能球磨，得到高活性纳米级混合粉末；

B)将所述高活性纳米级混合粉末冷压后进行烧结，得到无粘结相碳化钨铝硬质合金；所述烧结的压力为100～300MPa。

优选的，所述高能球磨的时间为4～6h，撞击频率为400～1500转/min。

优选的，所述高活性纳米级混合粉末的粒度为0～100nm，且不等于0。

优选的，所述高活性纳米级混合粉末的粒度为10～20nm。

优选的，所述钨粉、所述铝粉和所述碳粉的摩尔比为(1～4)：1：(1～2)。

优选的，所述高能球磨的球料比为4:1。

优选的，所述冷压的压力为5～50MPa。

优选的，所述烧结的过程具体为：

在冷压之后升温至烧结温度，到达烧结温度后加压，保温。

优选的，所述烧结温度为1200～1500℃，所述保温的时间为2～5min。