[发明专利]CNTs增强WC-Co硬质合金材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种CNTs增强WC‑Co硬质合金材料及其制备方法。实施例的制备方法包括如下步骤：将CNTs加入到酸性溶液中进行氧化修饰处理；将氧化修饰后的CNTs添加到钴盐溶液中，搅拌均匀后加入碱性溶液，使钴离子转化成氢氧化钴粒子，得到CNTs负载氢氧化钴粒子的悬浮液，悬浮液的pH值在8～11范围内；将悬浮液加热至55～90℃，然后加入还原剂，再将产物过滤、清洗和干燥，得到CNTs负载钴纳米粒子的复合粉末；将复合粉末与WC粉、Co粉按预定比例进行球磨混合，再经成型、放电等离子体烧结步骤得到CNTs增强WC‑Co硬质合金材料。采用负载有钴纳米粒子的CNTs作为增强相，能够有效解决球磨过程中CNTs团聚的问题，使CNTs尽可能多地分散在钴粘结相中，有利于提升WC‑Co硬质合金的力学性能。

技术领域

本发明涉及WC-Co硬质合金材料领域；更具体地说，是涉及一种CNTs(碳纳米管)增强WC-Co硬质合金材料及其制备方法。

背景技术

硬质合金因兼具高硬度、高强度等综合性能而被誉为“工业的牙齿”，广泛应用于航空航天、电子工业、工程机械和矿山开采等领域。WC-Co类硬质合金是最常用的硬质合金，由硬质相WC和粘结相Co组成。众所周知，WC-Co类硬质合金存在硬度高则强度、韧性低，强度和韧性高则硬度降低的固有矛盾。

为了解决这一问题，通常是采用减小WC晶粒尺寸、添加第三相物质增强的方法。例如，中国专利文献CN103924111B公开了一种硬质合金纳米粒径粉末与高性能烧结块体材料的制备方法；其中，以纳米尺度的紫钨、微米尺度的钴氧化物和钒氧化物与石墨烯或碳纳米管或石墨烯与碳纳米管的混合物为原料，进行混合球磨、冷压成坯、还原和碳化制备出WC-Co-VC粉末，再利用超高压固相烧结技术，将纳米粒径的WC-Co-VC粉末进行烧结致密化。

中国专利文献CN107058843B公开了一种表面富石墨相的梯度硬质合金制备方法；其中，首先制备出孔隙度为25～40％的硬质合金生坯，再将无定形Si-C-O包覆TiH₂的核/壳结构粉末，外径小于8nm、长度小于30μm的多壁碳纳米管和Na₂CO₃三种物质按一定重量百分比混合后将生坯掩埋压实，最后进行液相烧结，制备出表面富石墨相的梯度硬质合金。

中国专利文献CN110257658A公开了一种多元WC基复合材料的合成及应用的方法，其以纳米氧化钨、纳米氧化钴、纳米氧化钒、纳米氧化铬、纳米还原剂碳黑与多壁碳纳米管为原料，采用混合、微波碳热还原步骤制得多元WC基复合粉末，再将复合材料经混合，采用放电等离子体烧结制得多元WC基硬质合金材料。

南昌大学硕士论文《多壁碳纳米管增强WC-10Co硬质合金性能的研究》采用碳纳米管为硬质合金增强相，研究了碳纳米管的纯化和分散处理工艺、碳纳米管为碳源制备WC粉末以及碳纳米管掺杂方式对WC-Co硬质合金的影响。

从理论上说，在WC-Co硬质合金中添加CNTs有利于提升合金强度与韧性，但工业化生产时，由于CNTs的密度远小于WC及Co粉，在球磨混合WC粉、Co粉和CNTs的过程中，CNTs很容易产生团聚，难以分散均匀，对硬质合金晶粒细化和强韧性增强作用不明显，需要加以进一步改进。

发明内容

本发明的第一方面公开了一种CNTs增强WC-Co硬质合金的制备方法，以促进CNTs在WC-Co硬质合金中形成均匀分布，增强WC-Co硬质合金的力学性能。

本发明公开的CNTs增强WC-Co硬质合金材料的制备方法包括如下步骤：

将CNTs加入到酸性溶液中进行氧化修饰处理；

将氧化修饰后的CNTs按预定比例添加到钴离子浓度为0.1～10g/L的钴盐溶液中，搅拌均匀后加入碱性溶液，使钴离子转化成氢氧化钴粒子，得到CNTs负载氢氧化钴粒子的悬浮液，悬浮液的pH值在8～11范围内；