[发明专利]一种超细晶粒梯度硬质合金及其制备方法和应用方法

说明书

本发明属于冶金技术领域，涉及切削刀具材料，更具体的涉及一种超细晶粒梯度硬质合金及其制备方法和应用方法。其技术要点如下：按照重量份数计算，包括如下组分：Ti（C，N）5~8份，（Ta，Nb）/SiC 2~3份，Bi/（Mn，Fe）B 2~3份，Co粉1~2份，VC1~2份，石墨烯0.5~1份，Cr₃C₂ 1~2份，WC 95~105份。本发明提供的超细晶粒梯度硬质合金，有效提高合金的硬度和抵抗塑性变形能力；同时使硬质合金材料的膨胀系数与涂层保持一致，避免了由于涂层与刀具基体之间的膨胀系数的差异导致的高温下出现裂缝，极大的延长了切削刀具的使用寿命。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及切削刀具材料，更具体的涉及一种超细晶粒梯度硬质合金及其制备方法和应用方法。

背景技术

硬质合金是一种以难熔金属化合物(WC，TiC，TaC，NbC等)为硬质相，以过渡族金属(Fe，Co，Ni)为粘结相，通过粉末烧结方法制备的一种合金材料，具有较高的强度和硬度，耐磨性较好等优点，主要被用来制作刀具，广泛应用在切削加工领域。近年来，随着材料科学和机械加工行业的发展，对硬质合金刀具材料高速连续切削条件下的耐磨性能、强度、硬度和抵抗塑性变形能力等提出了越来越高的要求。超细晶硬质合金因晶粒细小，强度和硬度较高，作为刀具材料使用在机械加工领域显示出非常优越的使用性能，可以满足现代加工工业对材料加工用刀具材料性能的要求，是未来硬质合金的发展趋势。

有鉴于上述现有的超细晶粒梯度硬质合金存在的缺陷，本发明人基于从事此类材料多年丰富经验及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，开发一种超细晶粒梯度硬质合金及其制备方法和应用方法，制备出的超细晶粒梯度硬质合金材料能够有效提高合金的硬度和抵抗塑性变形能力；同时使硬质合金材料的膨胀系数与涂层保持一致，避免了由于涂层与刀具基体之间的膨胀系数的差异导致的高温下出现裂缝，极大的延长了切削刀具的使用寿命，具有产业价值。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种超细晶粒梯度硬质合金，有效提高合金的硬度和抵抗塑性变形能力；同时使硬质合金材料的膨胀系数与涂层保持一致，避免了由于涂层与刀具基体之间的膨胀系数的差异导致的高温下出现裂缝，极大的延长了切削刀具的使用寿命。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

本发明提供的一种超细晶粒梯度硬质合金，按照重量份数计算，包括如下组分：Ti(C，N)5～8份，(Ta，Nb)/SiC 2～3份，Bi/(Mn，Fe)B 2～3份，Co粉1～2份，VC1～2份，石墨烯0.5～1份，Cr₃C₂1～2份，WC 95～105份。

进一步的，(Ta，Nb)/SiC为多孔SiC骨架上沉积Ta或Nb后制得的纳米颗粒。

其制备方法如下，先将基体材料用40％HF：68％HNO₃：H₂O＝1:5:6混合溶液超声震荡后，用干燥氮气吹干，置入反应器内；(2)连接好进/排气管道装置，检查反应腔密封情况，抽极限真空后通入氩气，反复3次以减少氧含量，防止SiC支架表面氧化；(3)将粒径为400目的五氯化钽或五氯化铌粉末放入源罐中，加热至150℃，以高温氩气(300℃)为载气通入至反应室，载气流量为分别为210，180和150ml/min反应室温度分别调至为800℃、900℃、1000℃，(4)反应室真空度为10Pa，反应室中通入以氩气为载气通入五氯化钽粉末的同时，以150ml/min流量通入氢气，(5)还原反应10h，关闭氢气，通氩气保护降温。使还原成金属粉末的钽金属均匀沉积于多孔碳化硅支架表面以及其空隙表面，得到多孔钽金属，再将其通过物理方法处理成纳米颗粒。内层晶相通过多孔钽的韧性使其受热膨胀后，对外部涂层和内部晶相起到应力的缓冲作用，防止内外膨胀系数差引起的裂缝和涂层的剥离，同时，钽的高强度能够提高合金的抵抗塑性变形能力，防止回弹，提高工件的加工精度。