[发明专利]一种粗WC晶粒增强超细硬质合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种粗WC晶粒增强超细硬质合金及其制备方法，包括：将可溶性钨盐、钴盐和葡萄糖依次加入纯水，所得均质的混合溶液经喷雾干燥，获得非晶前驱体粉末；将非晶前驱体粉末热处理，得到缺碳相粉末；对缺碳相粉末进行炭黑配套、球磨混料，得到炭黑/缺碳相复合粉末；将超细WC晶、含炭黑缺碳相复合粉末、钴和石蜡球磨、干燥、过筛、压制和烧结，制备得到粗WC晶粒增强超细硬质合金。本发明粗WC晶粒增强超细硬质合金及其制备方法利用缺碳相脆性利于球磨过程中分布均匀的特征，通过烧结过程中在超细结构中引入均匀分布的粗WC晶粒和Co提高超细晶硬质合金的综合性能，制备得到强韧性好的硬质合金，有望在多领域广泛应用。

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，涉及一种粗WC晶粒增强超细硬质合金及其制备方法。

背景技术

硬质合金的性能由硬质相和粘结相共同决定，一般来说：增大硬质相晶粒尺寸或增加粘结相含量，会增加硬质合金的强度和韧性，但同时会降低硬质合金的硬度和耐磨性；反之，降低硬质相晶粒尺寸或减少粘结相含量，则会提高硬质合金的硬度和耐磨性，但降低了硬质合金的强度和韧性；这就是当前硬质合金中普遍存在的硬度、耐磨性和强度、韧性之间的尖锐矛盾，而这种矛盾限制了硬质合金的应用范围，无法同时满足高硬度和高强韧性的性能要求。因此，如何制备出新型高硬度高强韧性的“双高”硬质合金是近年来钨基粉末冶金材料研究的主要方向之一。

目前，关于同时提高硬质合金硬度和强韧性的研究，主要包括以下几种类型：（1）以超细WC晶为原料制备硬质合金，由于晶粒非常细化，可以明显提升硬质合金的硬度，并且超细晶的晶粒缺陷少、晶界多，利于阻碍裂纹的扩展，增加硬质合金的强度和韧性，但是超细WC晶粒活性高，WC晶粒长大成型的控制困难，工艺要求严格；（2）以超粗WC晶为原料制备硬质合金，由于超粗WC晶的晶粒粗大、耐磨性好、高温红硬性好，在保持较好强度和韧性的同时还具有较高的硬度和耐磨度，但是WC为脆性陶瓷相，球磨过程中极易破碎，需要成本较高的超粗/特粗WC为原料；（3）以板状WC晶为原料制备硬质合金，由于板状WC晶的轴面（0 00 1）硬度是其棱面（0 1 -1 0）硬度的两倍，使得制得的硬质合金的硬度和耐磨性较高，且其板状长条形状具有一定的增韧作用，能以裂纹偏转和裂纹桥接等形式有效地阻止裂纹的扩展，有效提高硬质合金的强度和韧性，但是板状晶制备过程中板状WC晶粒的粒度均一性较难获得；（4）构建中间层高钴含量、表层低钴含量的梯度结构硬质合金，由于中间层强度和韧性好，表层硬度高，使得制得的硬质合金同时具有高硬度和高强韧性的特点，但是梯度制备渗碳法等梯度合金制备过程中各梯度层的微观结构较难实现有效调控。

因此，有必要提供一种低成本可控制备高性能硬质合金及其制备方法，可同时提高硬质合金的硬度和强度，提高其应用的广泛性。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供一种粗WC晶粒增强超细硬质合金及其制备方法，以可溶性钨盐、钴盐和葡萄糖等为原料制备缺碳相，随后将缺碳相和炭黑混合，利用缺碳相脆性利于球磨过程中分布均匀的特征，通过烧结过程中在超细结构中引入均匀分布的粗WC晶粒和Co提高超细晶硬质合金的综合性能，制备得到强韧性好的硬质合金，解决了现有技术中存在的硬质合金难以同时提高硬度和韧性的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种粗WC晶粒增强超细硬质合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：按照可溶性钨盐中W、钴盐中Co和葡萄糖中C的原子比为（3~9）:（2~6）:（1~4）称取可溶性钨盐、钴盐和葡萄糖，将可溶性钨盐、钴盐和葡萄糖依次加入纯水中进行搅拌，得到均质的混合溶液，随后将均质的混合溶液进行喷雾干燥，获得非晶前驱体粉末；

步骤2：将非晶前驱体粉末转移至管式炉中，在氢气气氛下进行热处理，首先升温至400℃~500℃，然后在400℃~500℃下保温0.5h~2h，随后升温至750℃~1100℃，然后在750℃~1100℃下保温0.5h~4h，得到缺碳相粉末；