[发明专利]含锆固溶体（W，Nb，Zr）C及其制成的硬质合金刀具材料

说明书

技术领域：

本发明与含锆固溶体及其制成的硬质合金刀具材料有关。

背景技术：

为了改善硬质合刀具材料的切削性能，人们常加入TaC来改善硬质合金的高温红硬性，以扩大硬质合金刀具的应用范围。随着TaC价格的猛涨，科研工作者都在寻找新型的无Ta或少Ta硬质合金刀具材料，以降低硬质合金材料的成本，使其能有更广泛的应用前景，这一项研究对大力推广硬质合金刀具具有重大意义。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种成本低、具有很好的固溶度的含锆固溶体。

本发明的另一目的在于提供一种成本低、具有优越的切削性能的硬质合金刀具材料。

本发明是这样实现的： 含锆固溶体（W，Nb，Zr）C，含锆固溶体平均粒度要求为0.8～3微米。

含锆固溶体（W，Nb，Zr）C中WC：NbC：ZrC的质量比为:55—60：20—25：15—20，优选59.64:23.23:17.14。

含锆固溶体（W，Nb，Zr）C的制备步骤如下：

（1）根据固溶体的组成和粒度要求，分别称取相应粒度的原料粉末，将WC、ZrO₂、Nb₂O₅按50～60：20～30：15～20的重量比进行配制，并以炭黑作为还原剂。

（2）通过滚动球磨对原料进行均匀混合，以酒精作为球磨介质，球料比4 ：1，混料时间为10小时。

（3）将经干燥、擦筛后的混合料粉末以0.6MPa的压力压制成料坯；

（4）将压制成的料坯在1700—1800℃温度下还原反应，最终于2000℃～2200℃条件下真空固溶3—5小时，反应制备出固溶体粉末。

含锆固溶体（W，Nb，Zr）C制成的硬质合金刀具材料，粘结相Co含量6wt.%—12wt.%，含锆固溶体（W，Nb，Zr）C含量为6wt.%—20wt.%，其余为WC，硬质合金刀具材料中WC的平均粒径为0.8—2.0μm，固溶体（W，Nb，Zr）C平均粒径为WC平均粒径1—1.5倍，ZrC的含量在硬质合金刀具材料中的最大重量百分比为5%。本发明中ZrC的含量在硬质合金刀具材料中的最大重量百分比为5%，超过5%这个数值，合金刀具材料的脆性加大，且合金材料的烧结性能变差。

所述的含锆固溶体（W，Nb，Zr）C制成的硬质合金刀具材料，其制备方法如下：

按照配方，将平均粒径分别为1—2μm的WC、1.5—2.5μm的含锆固溶体（W，Zr，Nb）C、以及1μm的Co，按比例混合，以己烷为湿磨介质，每公斤粉末加350毫升，球料比为4:1，球磨时间64h，球磨时间64h后，再参蜡混合2h，干燥制粒后压成刀片毛坯，在温度1450℃—1475℃，4—6MPa低压烧结1.5h。

本发明分别以WC为原料,ZrO₂作为Zr源，Nb₂O₅作为Nb源，再配以一定量的炭黑粉末，在真空下进行还原碳化—固溶反应，从而制得所需的固溶体粉末。通过本方法制备所得的固溶体粉末具有很好的固溶度，通过XRD分析为单相结构，同时产品的纯度高，氧含量低，成分可控。成本只有传统（W/Ta）C固溶体的43%。

本发明用相对廉价的ZrC和NbC来替代昂贵的TaC做为刀具原料，刀具的切削性能相当。含锆固溶体（W_0.44Nb_0.34Zr_0.24）C完全可以替代TaC固溶体应用到焊管去毛刺加工刀具的基体材料中，可使刀片成本明显降低，刀具的性价比更高。

附图说明：

图1为107jd1—3刀片示意图。

图2为图1的剖视图。

图3为WG—3 刀片示意图。

图4为图3的剖视图。

图5 为107jd1—3和WG—3刀片的使用示意图

具体实施方式：

实施例1：

含锆固溶体（W，Nb，Zr）C的制备方法，其步骤是：

（1）根据固溶体的组成和粒度要求，分别称取相应粒度的原料粉末，将WC、ZrO₂、Nb₂O₅按50～60：20～30：15～20的重量比进行配制，并以炭黑作为还原剂。

（2）将预处理后的混合物料浆转入真空干燥箱内，于—0.04Mpa压力下，在75℃下干燥后将混合料取出擦筛，得到粒径为0.5—1mm的混合料粉末；