[发明专利]一种稀土添加的WC-Co-Al硬质合金及其制备方法

说明书

一种稀土添加的WC‑Co‑Al硬质合金，主要成分按重量份计包括：30～35wt％的Co、1.8～3.5wt％的Al、1.5～2.5wt％的稀土元素Y和余量的WC。其制备方法包括以下步骤：(1)将WC粉、Co粉、WC‑Alsubgt;4/subgt;W预合金粉和硝酸钇进行配料、湿磨混合；(2)将步骤(1)混合后的物料进行喷雾干燥，压制成型，液相烧结，得到稀土添加的WC‑Co‑Al硬质合金。本发明在WC‑Co‑Al硬质合金中引入稀土元素Y，能够稳定Cosubgt;3/subgt;(Al,W)相，形成稳定γ'(Cosubgt;3/subgt;(Al,W,Y))相，避免了制备过程中粘结相中Cosubgt;3/subgt;(Al,W)相分解的问题，能够实现对钴基粘结相的强化，提高其高温刚度和抗弯强度。

技术领域

本发明属于合金材料领域，尤其涉及一种稀土添加的WC-Co-Al硬质合金及其制备方法。

背景技术

硬质合金由于其高强度、高硬度、高耐磨性和高红硬性，被广泛地用作切削刀具、矿山工具和耐磨零件等。现有的硬质合金材料主要是由硬质相WC和粘结相Co金属组成。由于Co对WC的润湿性好使其室温综合力学性能好，但其在高温条件下容易出现软化、氧化、高温腐蚀等情况使得普通硬质合金材料在高温条件下易磨损从而出现失效的情况。因而，在一定程度上限制了以Co作为粘结相的硬质合金的应用。

通过添加适当的Al可以大大改善合金的高温性能，如李晓东等人发表在《粉末冶金工业》期刊的第14卷第1期的“WC-(Co-Al)硬质合金的研究”指出，在采用反应烧结制备以Co₃Al代替Co作为粘结金属的硬质合金时，发现在耐腐蚀和高温抗氧化性方面，Co-Al硬质合金表现出明显的优异性能，但是其采用的是直接添加铝粉的方法，烧结过程中由于发生Co-Al的激烈化合反应而导致孔隙和氧化铝的形成，对合金性能产生不利的影响。

此外，在Co基高温合金中，通过γ'(Co₃(Al,W))相强化的Co-Al-W基合金具有良好的高温力学性能，可能成为燃气涡轮发动机热端部件的候选材料，这主要是由于具有L1₂结构的γ'相呈现随着温度上升强度也升高的逆温度效应，故适合应用于耐热材料的高强度材料。授权公告号CN103602871B的发明专利公示了一种以WC为硬质相、Co₃(Al,W)强化Co粘结相的高耐热性、高强度硬质合金及其制备方法，采用在WC-Co硬质合金中添加Co-Al金属间化合物(Co₂Al₉、Co₄Al₁₃、CoAl₃、Co₂Al₅、CoAl)作为Al源，η相(Co₃W₃C、Co₂W₄C、Co₃W₆C、Co₆W₆C、Co₃W₉C₄、Co₃W₁₀C₄、Co₂W₈C₃等)作为W源；Al源和W源的化合物避免了原料中氧含量的不利影响，同时，在液相烧结过程中，Al源和W源化合物中分解出来的Al和W原子活性高，且在液相粘结相中Co的不断地溶解析出，与液相Co形成γ'(Co₃(Al,W))相，生成物完全反应且分布均匀性好，然后结合烧结后的快冷、时效处理与缓冷等工艺，进一步析出立方的γ'(Co₃(Al,W))相并发生长大，相比于成分含量相当的普通WC-Co硬质合金，其高温刚性明显要高，但因γ'(Co₃(Al,W))相区极窄，很容易分解，不能稳定存在，容易造成强化作用失效。