[发明专利]一种B4C增韧WC复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种B₄C增韧WC复合材料及其制备方法。

背景技术

WC-Co硬质合金，是一种常见的、重要的硬质合金种类(YG系列)，广泛地应用于现代刀具材料、耐磨、耐腐蚀和耐高温材料领域，有现代工业的牙齿之称。纯WC材料很难烧结致密，即使烧结致密，烧结温度也往往在2000℃以上，如此高的烧结温度对设备本身也是一种损害，并且烧结后断裂韧性只有～4MPa·m^1/2。Co作为WC烧结时的一种粘结相，对WC有非常好的润湿性，同时能使WC烧结温度降低到～1400℃，烧结时Co成为液相，大大增加WC颗粒扩散速率，使烧结致密，烧结后碳化钨复合材料通常断裂韧性在～12MPa·m^1/2。然而，Co资源的在世界的分布十分不均衡，中国的Co资源极其匮乏，严重依赖进口，使得Co原料的供应也存在很多不稳定因素。同时Co作为一种粘结剂，降低了WC材料的硬度，耐腐蚀性和耐高温性，限制了WC材料在某些极端服役环境下的应用。因此，寻找一种常见的来源广泛的非粘结相的材料来替代Co，摆脱对国外的依赖，同时提高WC类硬质合金的硬度和高温性能就显得非常重要。

目前在对无粘结相WC材料的研究中，常采用两种手段来提高其断裂韧性。一是通过晶粒细化的方式，能够同时起到改善硬度和断裂韧性的效果；二是添加陶瓷相颗粒/纤维，或者陶瓷相的相变来改善其断裂韧性。目前自然界中三种最硬的材料，分别为金刚石，立方氮化硼和碳化硼。其中，后两者由于合成的便利性常用于取代金刚石做为刀具磨具材料。cBN(立方氮化硼)是一种高硬度的类金刚石材料，常用于制造刀具和磨料。但其晶系为立方晶系，WC为六方晶系，由于其微观结合性的限制，其对性能的提升是有限的。

发明内容

为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种B₄C增韧WC复合材料。

本发明的另一目的在于提供上述B₄C增韧WC复合材料的制备方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种B₄C增韧WC复合材料，由99.75～99.99wt.％的WC，0.01～0.25wt.％的B₄C以及不可避免的微量杂质组成。

上述B₄C增韧WC复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：

(1)将WC粉体、B₄C和有机溶剂置于球磨机中进行湿式球磨，制得球磨浆料；

(2)将球磨浆料干燥除去溶剂后过筛，获得颗粒尺寸≤300μm的复合粉末；

(3)将复合粉末置于模具中烧结固化成形，得到无粘结相的B₄C增韧WC复合材料。

优选地，步骤(1)中所述的有机溶剂为乙醇。

优选地，步骤(2)中所述的干燥是指干燥至溶剂残余质量≤1％。

优选地，步骤(3)中所述的烧结是指采用放电等离子烧结技术进行烧结，具体烧结条件如下：

烧结电流类型为直流脉冲电流；

烧结压力：30～50MPa；

烧结气氛：低真空≤6Pa；

升温速率：50～300℃/min；

烧结温度：1650～1850℃；

保温时间：0～10min。

本发明的复合材料及制备方法具有如下优点及有益效果：

(1)本发明采用B₄C对WC进行增韧，B₄C所属晶系为六方晶系，与WC属同一晶系，细小的WC晶粒和B₄C的颗粒增韧机制有助于提高基体材料韧性，同时保持基体材料本身的高硬度；

(2)本发明制备的WC复合材料是一种由B₄C增韧的不含有任何金属粘结相的WC复合材料，它具有很高的硬度、耐磨性、抗氧化性能以及较好的韧性，适合作为刀具材料或者模具材料；

(3)本发明制备的WC复合材料不含有Co，与传统WC-Co硬质合金相比，它不仅可以降低成本，还可以节约稀缺而且具战略性的Co资源，更为重要的是，本发明所使用的B₄C已经较好的商业化，来源广泛。

附图说明

图1为实施例1所得B₄C增韧WC复合材料的XRD谱图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。