[发明专利]一种碳化钨基硬质合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种WC基硬质合金及其制备方法，具体涉及硬质合金材料技术领域。本发明的制备方法包括以下步骤：制备WC‑Y₂O₃‑ZrO₂基体粉末；将所述WC‑Y₂O₃‑ZrO₂基体粉末与高熵合金粉末混合，并对其进行球磨化处理；将球磨化处理后的粉末进行后处理；将后处理后的粉末进行烧结制得碳化钨基硬质合金。本发明以WC‑Y₂O₃‑ZrO₂为基体，以高熵合金为粘合剂，可提高硬质合金的综合力学性能，减少对Co等稀有资源的利用。

技术领域

本发明涉及硬质合金材料技术领域，具体涉及一种碳化钨基硬质合金及其制备方法。

背景技术

碳化钨(WC)基硬质合金是最典型和最广泛的粉末冶金产品之一。由于其具有熔点高、反应性低、摩擦系数低、耐氧化性高、导热性好、硬度高、耐磨能力好、横向断裂强度高、断裂韧性强等诸多独特优点，被广泛应用于钻井、加工、汽车、航天等工业领域。

随着工业领域的迅速发展，人们对于更高性能的新型WC基硬质合金的需求也日益强烈。应用于高性能切削工具和耐磨零件的WC基硬质合金通常是通过添加钴(Co)金属结合剂来诱导WC中的液相烧结制造而成的。但Co是一种稀有资源，除了硬质合金领域对Co的迫切需要外，它也是生产耐热合金、防腐合金、磁性合金和各种钴盐的重要原料，这使得Co资源的供给不断紧张化；而且Co对于人体和环境还会产生一定的危害。因此开发一种新型粘结剂替代Co对高性能WC基硬质合金具有十分重要的意义。

发明内容

鉴于以上现有技术的缺点，本发明提供一种碳化钨基硬质合金及其制备方法，以高熵合金粉末代替Co做粘结剂，同时向WC基体中添加Y₂O₃和ZrO₂可抑制WC晶粒生长，使晶粒尺寸分布更均匀，硬质合金的力学性能得到明显的提升。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种碳化钨基硬质合金的制备方法，包括以下步骤：制备WC-Y₂O₃-ZrO₂基体粉末；将所述WC-Y₂O₃-ZrO₂基体粉末与高熵合金(HEA)粉末混合，并对其进行球磨化处理；将球磨化处理后的粉末进行后处理；将后处理后的粉末进行烧结。

在本发明一示例中，制备WC-Y₂O₃-ZrO₂基体粉末包括：按照WC-Y₂O₃-ZrO₂基体的组分比例先将硝酸钇(Y(NO₃)₃·6H₂O)和硝酸锆(Zr(NO₃)₄·5H₂O)置于去离子水中溶解，再加入碳化钨(WC)在120～140℃下搅拌至水分蒸干；然后将脱水后的混合物在干燥箱内进行脱水处理，脱水处理的条件干燥温度为140～160℃，干燥时间为600～720min；之后再将脱水后的混合物置于管式炉中煅烧，在750～800℃下煅烧720～800min，制得WC-Y₂O₃-ZrO₂基体粉末。

在本发明一示例中，所述WC-Y₂O₃-ZrO₂基体粉末中WC的质量百分数为99.6％，Y₂O₃的质量百分数为0.25～0.3％，ZrO₂的质量百分数为0.1～0.15％。

在本发明一示例中，所述高熵合金粉末选自FeNiCrCoTi粉末、FeNiCrCoMo粉末、FeNiCrCoMn粉末中的任一种。