[发明专利]一种多晶粒尺度硬质合金及其制备方法

权利要求书

1.一种多晶粒尺度硬质合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将WC粉末、Co粉末、非晶合金粉末以及成型剂按照目标合金成分比例充分混合，得到混合粉料；其中，所述非晶合金的玻璃化转变温度低于WC的熔点；所述WC粉末的粒径为0.5μm-1.5μm，Co粉末的粒径为0.5μm-1.5μm，非晶合金粉末的粒径为0.1μm-0.5μm；所述非晶合金与WC基体的润湿角在10-70°之间，处于强润湿状态；在所述混合粉料中，Co粉末含量为2wt.％-6wt.％，非晶合金粉末含量为3wt.％-10wt.％，所述成型剂含量为0.2wt.％-0.5wt.％，其余为WC粉末；所述非晶合金为钨基非晶合金；

(2)对该混合粉料施加矩形脉冲电流和恒流电流，并施加烧结压力，使所述非晶合金粉末在过冷液相区温度范围内与所述混合粉料中的其它粉末发生初步粘结，以使所述混合粉料在电场、磁场、温度场与应力场的多场耦合作用下完成预烧结；步骤(2)所述预烧结的工艺参数包括：矩形脉冲电流的峰值、基值、频率和占空比分别为2850A-3600A、120A-360A、50Hz和45％-55％，成形固结压力为10MPa-50MPa，恒流为800A-1000A，保温时间短于非晶合金成分处于玻璃化转变温度以上时的最小晶化起始时间，保证烧结温度控制在过冷液相区以内；且预烧结在小于1×10^-4Pa的真空下或者惰性气体保护条件下进行；

(3)对步骤(2)得到的预烧结样品进一步施加矩形脉冲电流和恒流电流，并施加烧结压力，使所述样品在电场、磁场、温度场与应力场的多场耦合作用下发生致密化烧结，非晶合金析出富W相细晶，与WC粗晶形成多晶粒尺度的硬质合金；步骤(3)所述致密化烧结的温度控制在1200℃-1400℃，烧结时间为5-7min；步骤(3)所述致密化烧结的工艺参数包括：矩形脉冲电流的峰值、基值、频率和占空比分别为2850A-3600A、120A-360A、50Hz和45％-55％，成形固结压力为10MPa-50MPa，恒流为1500A-2000A，且在小于1×10^-4Pa的真空下或者在惰性气体保护条件下进行；

其中，所述预烧结为超塑性热压烧结，利用所述非晶合金在过冷液相区的超塑性实现初步粘结，以所述非晶合金作为粘结相，减少致密化烧结时间，避免WC晶粒长大；所述致密化烧结为以Co作为粘结相的液相烧结，使原料粉末进一步粘结，且所述非晶合金晶化析出富W纳米晶，引入有益元素或其化合物，形成多晶粒尺度硬质合金。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述成型剂选自石蜡、聚乙二醇和橡胶类。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述非晶合金中含有C、Ni、Cu中的一种或多种；所述非晶合金的玻璃化转变温度为400℃-900℃。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述非晶合金中还含有能够抑制WC晶粒长大的过渡金属元素或其金属碳化物。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述非晶合金中还含有能够降低烧结温度的稀土元素或稀土化合物。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述非晶合金中还含有与Co原子半径相近的金属元素Ni或Fe。

7.如权利要求1至6任一项所述制备方法制备得到的多晶粒尺度硬质合金。

8.如权利要求7所述的硬质合金，其特征在于，其包括2wt.％-6wt.％的Co，3wt.％-10wt.％的非晶合金成分，0.2wt.％-0.5wt.％的成型剂，其余为WC；该硬质合金包括微米-亚微米-纳米多尺度结构WC晶粒，其微米控制在1-5μm，亚微米控制在0.1-1μm，纳米级颗粒控制在10-100nm。