[发明专利]高能搅拌球磨工艺制取超粗晶粒硬质合金的方法

说明书

技术领域：

本发明属金属材料技术领域，涉及一种新型的工艺，通过采用高能搅拌球磨工艺制备超粗晶粒硬质合金的方法。

背景技术：

超粗晶粒硬质合金是指平均晶粒度大于4微米的硬质合金，由于其具备高导热率、高韧性的特性而广泛应用于煤矿开采、工程施工、金属无屑加工、钢铁轧制等行业，具有远优于常规硬质合金的使用寿命。

美国专利5505902和5529804公开的制备超粗晶粒硬质合金的方法，是将粗颗粒的WC通过喷射研磨分散和分级筛分，去除细的WC颗粒只选用粗粒度的部分WC，然后对粗颗粒进行钴涂覆。专利5505902采用的钴涂覆方法是熔胶-凝胶法，将WC、甲醇和三乙胺在反应器中混合，当加热时甲醇会蒸发，钴在WC晶粒上沉淀形成熔胶凝胶。专利5529804采用的方法是多元醇液相还原法，将钴的醋酸盐+水+WC混合后进行喷雾干燥，并对混合工序进行改进，以避免粗颗粒WC的破碎。用以上专利方法生产的混合料，再采用常规的压制成型和烧结方法，即可制备钴含量为6％，平均晶粒度为6微米的超粗晶粒硬质合金。

中国专利CN200910042940.6以WC为主体成分的、经机械预处理的WC粉末与钴/镍氨络合物溶液为原料，通过合理选择WC原料粒度与粉末预处理工艺，采用水热高压氢还原工艺制备WC-Co/Ni复合粉制备晶粒度≥4.5微米的硬质合金。这些制备方法都需要对粉末进行较为复杂的预处理，而且工艺复杂且流程长，生产成本高，难以形成经济化的批量生产。

中国专利CN101824574A采用超粗碳化钨和钴粉为原料，进行预混合，然后加入成型剂并压制成团块，放入脱脂炉中进行脱脂和预烧。将预烧后的团块破碎后再添加钴粉重新湿磨，再采用常规的压制成型和烧结方法，获得超粗晶粒的硬质合金。此专利的工艺流程较长，需要两次添加成型剂两次脱脂，生产能耗偏高，而且在团块的破碎过程中易带入杂质，不利于生产高纯度的产品。

中国专利CN101985717A采用超粗碳化钨和钴粉为原料，进行预混合，然后加入成型剂并压制成团块，放入脱脂炉中进行脱脂和预烧。将预烧后的团块破碎后再添加钴粉和纳米Co₂W₄C重新配料和湿磨，再采用常规的压制成型和烧结方法，获得超粗晶粒的硬质合金。此专利同专利CN101824574A类似，仍然存在工艺流程较长，生产能耗偏高，易带入杂质的缺点。

中国专利CN102634684A公布的方法是先将钴粉和超粗颗粒WC在混合器进行预混合，然后将预混合后的料装入球磨机中进行低转速的轻度球磨。对获得的料浆按常规生产方式进行干燥、压制、烧结，可获得超粗晶粒度合金。此专利的流程相对较短，生产成本较低，比较适合工业化生产。但是，此专利仍存在缺陷：预混合后料在球磨机中的轻度球磨中，由于球磨机的转速低，研磨球的动能较低，对WC颗粒存在着明显的表面磨耗，从而产生较多的细粉。这样最终生产出的合金的晶粒均匀度不高。

综上所述，虽然现在制备超粗晶粒硬质合金的专利虽然逐渐增多，但都存在或多或少的缺陷。

发明内容：

本发明提供了一种新的超粗晶粒硬质合金的制备方法，工艺流程短、生产效率高、能耗较低，且最终的超粗晶粒合金的粒度分布更均匀。

为达到以上目的，本发明的解决方案是

高能搅拌球磨制备超粗晶粒硬质合金的方法，制备原料包括WC、Co及少量作为添加剂的NbC或/和TaC，其中WC颗粒粒度≥15μm，含量是82.0～95.5wt％，Co的含量是4.5～18wt％，添加剂的含量是0.0～0.5wt％；制备方法如下：

(1)高能搅拌球磨工序：将全部制备原料即WC、钴粉、添加剂装入高能搅拌球磨机，并加入成形剂及球磨助剂进行球磨，体积浓度大于90％的酒精为研磨介质；球磨参数为：球磨转速100-110rpm、填充系数为0.3～0.4、固液质量比为5∶1、研磨球直径为10.0mm±0.2mm、球料比2～4∶1，球磨时间100～180分钟；

(2)真空干燥制粒工序：将工序(1)结束后，将所得的料浆装入真空搅拌干燥器中，进行干燥和制粒，获得具有一定流动性的固体混合料。

(3)将混合料进行常规的压制成型，在1400℃～1480℃范围内真空烧结或压力烧结，制取的合金晶粒度为5.0～14.0微米，孔隙度小于A04B00。

工序(1)中添加的球磨助剂量与全部制备原料总重的质量比为1∶2000。

工序(1)中添加的球磨助剂为油酸，油酸与全部制备原料总重的质量比为1∶2000。