[发明专利]一种超粗硬质合金及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金领域，特别涉及一种WC-Co超粗晶粒矿用硬质合金及其制备方法和应用。

背景技术

硬质合金的一个重要应用领域就是用于矿用凿岩工具。凿岩用硬质合金的消耗量大约为硬质合金总产量的30%左右。近年来，随着我国基础建设投入的增加，凿岩硬质合金的使用量有较大幅度增长，2010年产量已突破5000吨。

WC—Co硬质合金因具有高的强度、硬度以及优良的耐磨性和抗氧化性，被广泛地应用于机械加工、石油、矿山、模具和结构耐磨件等领域。世界最大的硬质合金公司Sandvik公司将矿用合金晶粒度标准分级为中粗(MediumCoarse)2.1—2.4μm、粗(Coarse)3.5—4.9μm、超粗(ExtraCoarse)5.0—7.9μm。国内目前矿用硬质合金主要为中粗和粗晶粒，但随着凿岩技术的发展和地质岩层开采条件的不断恶化，常规硬质合金已无法满足实际工业需要，应用领域和使用寿命越来越受到限制。而超粗硬质合金具有更好的热导性、抗热疲劳与热冲击性等优良性能，非常适用于苛刻及极端工况环境，因而近年来超粗硬质合金一直是国内硬质合金学术和产业界研究的热点。但由于研发及生产技术水平的局限，国内目前超粗晶粒矿用硬质合金尚属起步阶段，仅株硬集团、厦钨集团等极少数企业在进行小批量的研发及生产，国内超粗晶粒硬质合金产品主要依赖进口。

超粗硬质合金的制备工艺步骤与传统硬质合金生产基本相同。公开号 CN102220532A、CN101824574A、CN101985717A的多篇专利文献中，都公开了不同原料配比，例如WC粉和Co粉的粒度的选择，不同湿磨条件、不同烧结工艺的超粗硬质合金制备方法。但上述专利文献都没有限定WC粉和Co粉的其他性能，比如粒度分布、总含碳量、化合碳量、游离碳量、含氧量等，也没有公开干燥的具体工艺条件。而超粗硬质合金的质量与这些参数的控制，以及各步生产工艺密切相关，如果生产工艺控制不当，很容易在合金中产生微孔隙、聚晶、钴池、晶粒不均匀等缺陷，从而影响到超粗硬质合金的综合性能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种超粗硬质合金及其制备方法和应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：超粗硬质合金原料的组成及重量百分比为10.0—10.5%的Co粉，余量为WC ；其中所述Co粉的纯度≥99.00%、费氏粒度≤1.0μm、松装密度为0.40—0.75 g/cm³、D₅₀≤8μm、氧含量≤0.60 %、碳含量≤0.05%；所述WC粉的费氏粒度30—40μm、总碳含量为6.10—6.15%、化合碳≥6.10%、游离碳≤0.05%、氧含量≤0.08%；

其制备方法的工艺步骤如下：

（1）预处理：将WC原料经2100—2400℃的高温进行重新碳化，碳化时间1—2小时；将高温碳化后的WC粉末在采用超声振荡方式进行多级筛分，超声频率为20—30KHz， WC粉末分级成+60、60—160、160—250、—250目四个级区，选择60—160级区作为本发明的主体用粉末；另外三个级区的粉末用作其他中、粗晶粒硬质合金的生产；

（2）配料：将Co粉和经预处理后的WC粉按照配方比例配好原料；

（3）湿磨：按原料重量的1.8—2.3%的石蜡以熔融液体的形式在原料加入前0.3—1.0hr倒入球磨机，将配好料的原料粉加入球磨机，球料的重量比为3：1，用酒精做湿磨介质，液固比为300—350ml/Kg，总湿磨时间：10—20小时；

（4）喷雾干燥：将步骤（3）湿磨好的料浆在喷雾干燥塔内进行喷雾干燥，得混合料，工艺参数如下：

料浆含固率：70%—80%

喷嘴涡旋片组合方式：1.1mm，1.2mm

雾化压力：800—1200 Kpa

油加热器油温：≤300℃

塔内压力：≤4.5 Kpa

塔内含氧量：≤3.5%

塔体N₂气入口温度：120—280℃

塔体N₂气出口温度：60—150℃

旋风压差：1.0—1.5 Kpa

淋洗塔出口温度：≤35℃

料温：≤40℃

（5）压制成型：在单位压制压力3—8MPa下将步骤4得到的混合料压制成型；

（6）烧结：在压力烧结炉中进行烧结，压力控制在4—6MPa，工艺参数为：

300℃—550℃             脱蜡段   100—200min