[发明专利]一种深孔加工用超细硬质合金刀具材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬质合金材料的制备方法，特别是用于深孔加工用的超细硬质合金刀具材料的制备方法，属于硬质合金材料领域。

背景技术

硬质合金是以WC等难熔过渡族金属碳化物作为基，以Co等铁族金属元素作为粘结剂，采用粉末冶金方法制备成的多相固体材料。硬质合金具有高硬度、耐磨耐腐蚀性、高弹性模量、低热膨胀系数等优异的性能，因此硬质合金广泛应用于切削刀具，被誉为“工业的牙齿”。硬质合金作为脆性材料存在强度与硬度的固有矛盾，一般其硬度越高强度越低，而强度越高硬度越低。在成分相同的钨钴类硬质合金中，WC晶粒越细，硬质合金的硬度越高，耐磨性越好；WC晶粒越粗，抗弯强度越高，冲击韧性越好，而硬度与耐磨性下降。而在机械加工的许多场合，如深孔加工时要求刀具具有高强度高硬度的优异综合性能，经过超细化可以满足要求。

目前，超细硬质合金已经成为硬质合金的一个重要发展方向，但是如何抑制烧结过程中WC晶粒的长大是需要解决的难题。发明专利200510032406.9公开了一种超高硬度超细硬质合金的制备方法。配料选用Fsss0.2～0.4μm的超细WC粉末为硬质相，采用微量≤3.0wt％的Mo或≤1.0wt％的Ni和或Co粉作为粘结剂，Ni和Co粉的费氏粒度为0.85～1.4μm，抑制剂(VC+Cr₃C₂)的含量控制在(0.45～0.9)wt ％的范围内，其中Cr₃C₂∶VC＝1.8～1.1。发明专利201110347141.7配料时选用0.4μm的超细WC粉末作为硬质相，重量百分比为8%的Co粉作为粘结相，钴粉的费氏粒度为1.42μm，抑制剂的加入量为VC:0.2%，NbC:0.4%。

可见，VC、Cr₃C₂等过渡金属碳化物已经成为有效的WC晶粒长大抑制剂。但是，目前超细硬质合金制造时广泛采用抑制剂后添加的方式存在一些不利影响。一方面，由于VC、Cr₃C₂等WC晶粒长大抑制剂的添加量很少，体积分数小，通常约1%左右，很难均匀分散到WC晶粒周围抑制其生长；相反这些微量添加的抑制剂自身很容易团聚形成缺陷。另一方面，烧结过程中微量添加的抑制剂优先在液相粘结金属中溶解，虽然在一定程度上阻止WC在液相中的Ostwald熟化，但是其在WC晶粒界面偏聚减少，难以通过阻碍WC的界面迁移来实现抑制WC颗粒聚集长大的作用。

发明内容

目前制造深孔加工用超细硬质合金刀具材料时采用后添加抑制剂的方式存在的难以均匀分散、容易团聚以及优先溶解在液相后导致抑制作用不能充分发挥的问题。本发明针对目前工艺技术存在的问题，以VC为抑制剂，添加TaC提高红硬性。采用（WC，VC）二元复合粉末、VC-Co饱和固溶体粉末以及(W，Ta)C二元固溶体粉末为原料，控制其成分、粒度搭配方式和制造工艺，发明了一种超细硬质合金材料制备方法，可满足深孔加工刀具材料高强韧性和高硬度的综合要求。

本发明的深孔加工用超细硬质合金刀具材料的制备方法，其特征在于依次包含以下步骤：

（1）VC-Co饱和固溶体的表面处理：按6～11wt%称取粒度为1.0～1.5μm的VC-Co饱和固溶体粉末，固溶体粉末中VC含量为其在Co中的饱和溶解度10wt%；将固溶体粉末放入加有吐温80的无水乙醇中进行30～60min超声分散处理，采用NH₃.H₂O和HCOOH调节pH值到7.5～8.5，使VC-Co饱和固溶体粉末包覆一层吐温80分子膜；

（2）(W，Ta)C二元固溶体粉末的匹配处理：按20～50wt%称取（WC，TaC）二元固溶体粉末，粉末粒度为2.0～3.0μm，TaC含量为15～45wt%；对(W，Ta)C进行12～72h行星球磨，使(W，Ta)C粉末的重量*平均粒度=（WC，VC）粉末的重量*平均粒度；使二者的体积分数匹配；

（3）（WC，VC）二元复合粉末预球磨：（WC，VC）二元复合粉末为余量，粉末粒度为0.2～0.45μm，VC含量为0.5wt%, 准确称量后加入到(W，Ta)C二元固溶体中球磨12～72h,使二者均匀混合；

（4）生坯制备：将VC-Co饱和固溶体、(W，Ta)C二元固溶体和（WC，VC）二元复合粉末的料浆混合，并加入球磨机进行球磨、过滤、干燥后压制成生坯；