[发明专利]一种表层富钴无立方相梯度硬质合金

说明书

为了改善硬质合金的硬度、耐磨性，制备了一种表层富钴无立方相梯度硬质合金。采用WC粉末、Co粉末、TiN粉末、TiC粉末、VC粉末和Cr₃C₂粉末为原料，表层富钴无立方相梯度硬质合金，TiN的含量对硬质合金的性能产生重要的影响。TiN的添加量过多则会在硬质合金表面形成过厚的分布不均匀的氮化物相，导致硬质合金的力学性能降低。TiN的添加量过少则不能在硬质合金表面形成氮化物相，导致对硬质合金性能提升的失败。所制得的表层富钴无立方相梯度硬质合金，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本发明能够为制备高性能的梯度硬质合金提供一种新的生产工艺。

所属技术领域

本发明涉及一种硬质合金材料，尤其涉及一种表层富钴无立方相梯度硬质合金。

背景技术

硬质合金是一种由硬质相(WC、TiC、TaC、VC和Cr，C：等)和粘结相(Co、Ni和Fe)采用粉末冶金工艺生产的具有高硬度和高耐磨性材料，广泛应用于切削刀具、矿用工具、模具、量具、耐磨零件以及机械密封等工业领域。硬质合金由脆性的硬质相和韧性的粘结相组成，其主要特性决定了硬质合金材料存在耐磨性与韧性之间的矛盾，这种矛盾在传统的均匀结构硬质合金中难以解决。

随着各种精密仪器、模具、刀具及电子通信技术的飞速发展，对WC-Co硬质合金的性能要求越来越高。实际摩擦磨损工况下硬质合金零件的失效形式主要为表面磨损。采用表面处理技术在不降低硬质合金基体韧性的基础上可以强化硬质合金表面，提高硬质合金表面硬度和耐磨性，从而延长硬质合金零件使用寿命。

发明内容

本发明的目的是为了改善硬质合金的硬度、耐磨性，设计了一种表层富钴无立方相梯度硬质合金。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

表层富钴无立方相梯度硬质合金的制备原料包括：平均粒径为0.8μm、纯度大于99.99wt%WC粉末，平均粒径为0.8μm、纯度大于99.9wt%Co粉末，平均粒径为1μm、纯度大于99.95wt%TiN粉末，平均粒径为1μm、纯度大于99.95wt%TiC粉末，平均粒径为0.8μm、纯度大于99.95wt%VC粉末和平均粒径为1μm，纯度大于99.95wt%Cr₃C₂粉末。

表层富钴无立方相梯度硬质合金的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入行星球磨机中进行湿磨，球磨介质为四氯化碳，球磨机转速为60r/min，球料比为7：1，球磨时间为38h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为50min，干燥温度为40℃，随后加入石蜡作为成形剂进行制粒。将制好的粉末加至自动压机中进行压制成形，然后进行冷等静压，压制压力为180MPa。将制好的压坯放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1460℃，保温时间为90min。

表层富钴无立方相梯度硬质合金的检测步骤为：质量用F210型电子天平，密度采用阿基米德排水法，物相分析用D8Advance型X射线衍射仪，微观结构采用NanoSEM430超高分辨率场发射扫描电镜，硬度和断裂韧性通过Vickers压痕法测量。

所述的表层富钴无立方相梯度硬质合金，TiN的添加能够提升硬质合金的力学性能。TiN的作用主要是能够在硬质合金表面产生氮化物相，使硬质合金的韧性、硬度得到提高。TiN还能够抑制烧结过程中硬质合金晶粒的长大，使硬质合金内部具有更均匀的物相组成，也是硬质合金性能提升的关键。

所述的表层富钴无立方相梯度硬质合金，TiN的含量对硬质合金的性能产生重要的影响。TiN的添加量过多则会在硬质合金表面形成过厚的分布不均匀的氮化物相，导致硬质合金的力学性能降低。TiN的添加量过少则不能在硬质合金表面形成氮化物相，导致对硬质合金性能提升的失败。

所述的表层富钴无立方相梯度硬质合金，真空烧结这一工艺有益于TiN的活化及氮化物的合成，使硬质合金表面能够生成均匀的氮化物相，使制得的硬质合金具有优异的力学性能。