[发明专利]一种采用Co-Cu作为粘结相的硬质合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬质合金合金材料及其制备方法，具体涉及一种采用Co-Cu合金作为粘结相的硬质合金材料及其制备方法，属于硬质合金材料制备技术领域。 

背景技术

硬质合金材料的生产是传统粉末冶金工艺，一般是通过混合，搅拌以及球磨原材料，制成混合粉末，然后将粉末在模具中成型，最后在一定气氛中以预定温度烧结得到合金，这样，以粉末冶金方法可以得到用传统熔铸法难以得到的金属和合金。硬质相主要是WC，粘结相主要是Co。硬质合金具有优良的硬度、强度，使其能应用于切削工具，钻探工具，石油开采和矿山采掘工具以及各种耐磨、耐压零件。但是，由于金属钴资源匮乏，价格昂贵，国内外一直在寻找合适的替代金属。铁、镍或及其与钴的合金是较为常见的替代品。 

但是，替代Co的一个前提是其制造的硬质合金的硬度和抗弯强度，必须达到或接近Co粘接的硬质合金的性能标准。这些Co的替代金属的研究包括：采用耐腐蚀性能较好的Ni作为粘接相合金，但是该硬质合金的硬度和强度均远低于Co作为粘结相的硬质合金。此外，还有研究采用Fe，Co-Ni，Fe-Ni，Co-Ni-Fe等作为粘结相的硬质合金，但采用上述成分的粘结相的硬质合金，其硬度和抗弯强度都有明显的下降。因此，至今为止采用Ni、Fe替代Co作为硬质合金的粘接相的研究工作并未取得理想的结果。 

发明内容

本发明旨在解决的技术问题是，针对硬质合金中Co粘结相的替代金属研究和使用中存在的不足，提出一种采用共沉淀方法制备的Co-Cu合金作为粘接相的硬质合金。采用该方法所制备的Co-Cu作为粘结相的硬质合金，其硬度、抗弯强度等性能均优于现有的Co作为粘结相的硬质合金，并且由于Cu的价格低廉使得硬质合金成本下降。 

本发明一种采用Co-Cu合金作为粘结相的硬质合金材料，由以下组份按重量百分比组成： 

Co-Cu合金：8～12％； 

C：1～2％；余量为WC；各组分重量百分之和为100％。 

本发明一种采用Co-Cu合金作为粘结相的硬质合金材料中，所述Co-Cu合金采用共沉淀方法制备；其组分重量百分比为：Co：85％-95％，Cu：5％-15％。 

本发明一种采用Co-Cu合金作为粘结相的硬质合金材料中，所述Co-Cu合金的制备工艺是：按设计的Co-Cu合金配比，取相应重量的Co、Cu金属制备浓度为0.4～0.8mol/L的CoCl₂、CuCl₂混合溶液，将所得混合溶液加热至60～80℃后与相同摩尔浓度、相同体积、相同温度的(NH₄)₂C₂O₄溶液采用并流方式均匀混合，搅拌产生沉淀，；经过6～8小时陈化后将沉淀物过滤，干燥后在450～500℃煅烧1～2h，然后在氢气中以520～600℃还原1.5～2h，制备出Co-Cu合金粉末。 

本发明一种采用Co-Cu合金作为粘结相的硬质合金材料中，所述Co-Cu合金的平均粒度为0.5～3μm；C的平均粒度为1～2μm；WC的平均粒度为1～3μm。 

本发明一种采用Co-Cu合金作为粘结相的硬质合金材料的制备方法，包括下述步骤： 

第一步：按设计的硬质合金材料组份配比称取Co-Cu合金、C、WC，混合球磨，得合金粉末混合物； 

第二步：在第一步所得合金粉末混合物中加入成型剂，搅拌均匀、过筛后在模具中模压制成压坯，所述模压压力为150～200MPa； 

第三步：将第二步所得压坯置于氩气气氛中进行压力烧结，烧结温度为1380～1440℃，随炉冷却，得到本发明的采用Co-Cu合金作为粘结相的硬质合金材料。 

本发明一种采用Co-Cu合金作为粘结相的硬质合金材料的制备方法中，所述球磨工艺参数是：在滚筒式球磨机中球料比为(6～8)∶1，以20～40转/分钟的速度球磨30～50小时。 

本发明一种采用Co-Cu合金作为粘结相的硬质合金材料的制备方法中，所述过筛采用50～80目筛。 

本发明一种采用Co-Cu合金作为粘结相的硬质合金材料的制备方法中，所述成型剂由橡胶和石蜡按质量比以1∶(2～3)的比例配比后与溶剂汽油按质量比1∶(10～14)混合而成。 

本发明一种采用Co-Cu合金作为粘结相的硬质合金材料的制备方法中，所述压力烧结的炉压为6～8MPa。