[发明专利]亚微米硬质合金生产用混合料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种亚微米硬质合金生产用混合料的制备方法。

背景技术

硬质合金由于其高强度、高硬度的特性而得到广泛应用。自硬质合金问世以来，其强度和硬度就一直是一对“不可调和的矛盾”，而先进制造技术的飞速发展，强烈要求将两者结合起来。研究表明，当WC晶粒尺寸减小到亚微米以下时，硬质合金材料的硬度和耐磨性、强度和韧性均获得提高。这种亚微米WC-Co硬质合金，因同时具有高的硬度和高的强度，被形象地称为“双高”硬质合金，满足了对高性能硬质合金刀具材料越来越高的要求，正成为国际工程领域竞相研究开发的热点。

制备亚微米硬质合金的关键是混合料的制备。现有的亚微米硬质合金生产用混合料的制备方法是选择粒度符合要求的亚微米WC粉和Co粉(一般采用WC原始晶粒度与烧结后合金晶粒度相等的原则)配制混合料，经滚动球磨机进行长时间(≥48h)湿磨，制得颗粒粒度与分散度合格的混合料。这种制备方法耗时长、成本高、球磨效率低，且对原料粒度要求高。另外，由于多组分粉末粒度小、比表面积大、表面能高、反应活性高，粉体颗粒具有相互团聚以降低表面能的趋势，这种团聚不仅使混合料的颗粒尺寸增大，而且影响烧结产品的组织结构。

发明内容

本发明针对上述制备亚微米硬质合金生产用混合料方法的不足，提供一种新的制备方法，以简化工艺流程、降低生产成本、提高球磨效率，并获得粒度更细、分布更窄的混合料。

为实现上述目的，本发明以中颗粒WC粉和Co粉为原料，配料时加入晶粒长大抑制剂，采用搅拌球磨机进行球磨，酒精为球磨介质，并在球磨介质中加入复配分散剂，所述复配分散剂由油酸和聚乙二醇组成，其加入量按每公斤所述WC粉和Co粉原料加1～3g油酸及1～3g聚乙二醇。

所述搅拌球磨机的球磨参数为：球磨机转速70～100rpm、填充系数0.6、固液比(体积比)1∶1、研磨球直径4.75mm。所述晶粒长大抑制剂由VC和Cr₃C₂组成，其加入量按每公斤所述WC粉和Co粉原料加1～9g VC及1～9g Cr₃C₂。

由于搅拌球磨机是主动施力，对物料的作用力较滚动球磨机大很多，研磨效率也高很多(比滚动球磨机要高几倍至几十倍)，因此不但可以起到很好的混匀作用，甚至可以直接将粗颗粒物料破碎研磨至很细的水平。球磨体系是个高能体系，被破碎的超细颗粒表面能很高，极易发生二次团聚，降低球磨效率，影响产品质量，因此必须阻止这种团聚，保证超细颗粒在球磨介质中良好的分散性。向料浆中加入上述分散剂，其中油酸小分子吸附在颗粒表面，使颗粒带相同电荷，彼此相互排斥；聚乙二醇大分子通过表面吸附，阻止颗粒相互接近。两种机制结合产生静电排斥和空间位阻效应，使各组分在料浆中均匀分散。通过使用搅拌球磨机并加入复配分散剂，可以在短时间内制得粒度与分散度均合格的硬质合金混合料，最终得到组织结构均匀、性能优良的亚微米硬质合金。

亚微米硬质合金在其发展过程中遇到的最大障碍就是在烧结过程中的晶粒长大。晶粒的长大带来强度的下降。单独粗大的碳化钨晶粒常常是合金断裂的裂纹源引发处。因此，如何解决超细硬质合金的晶粒长大问题至关重要，加入晶粒长大抑制剂是最为切实有效并经济的方法。

与现有技术相比，本发明具有以下突出优点：

1、球磨效率大大提高，球磨时间显著降低；

2、对原料的粒度要求降低；

3、湿磨后的混合料颗粒分散性更好；

4、烧结过程中对WC晶粒长大的抑制作用更显著。

具体实施方式

实施例1：配料比为(按重量比)：用粒度为2.5μm的WC粉91％、Co粉为8％、VC为0.5％，Cr₃C₂为0.5％，按配料比配制成混合料原料，按固液比(体积比)1∶1加入酒精作为湿磨介质，在混合料浆中按每千克混合料加入2g油酸和2g聚乙二醇。上述物料在SC-150型搅拌球磨机中进行球磨，球磨机转速70～100rpm、填充系数0.6、固液比(体积比)1∶1、研磨球直径4.75mm；湿磨4h后，检测混合料颗粒尺寸为0.68μm。