[发明专利]一种硬质合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种硬质合金及其制备方法，该硬质合金包括WC硬质相和粘结相，所述WC硬质相中粗晶粒WC和细晶粒WC共存且均匀分布，所述粗晶粒WC为板条状且粗晶粒WC的长宽比大于3:1；所述粘结相为Co+Ni₃Al。本发明的硬质合金在保持硬度的前提下，提高了合金的韧性，且合金的高温综合性能优异。

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其是涉及一种硬质合金及其制备方法。

背景技术

硬质合金由于其高强度、高硬度、高耐磨性和高红硬性，被广泛地用作切削刀具、矿山工具和耐磨零件等。现有的硬质合金材料主要是由基体WC和粘结相Co金属组成。由于Co对WC的润湿性好使其室温综合力学性能好，但Co属于战略资源，价格较为昂贵，且其在高温条件下容易出现软化、氧化、高温腐蚀等情况使得普通硬质合金材料在高温条件下出现易磨损而出现失效的情况。因而，在一定程度上限制了以Co作为粘结相的硬质合金的应用。

而金属间化合物Ni₃Al是镍基耐热合金的重要强化组元(即γ′相)，在抗氧化、耐腐蚀、防渗碳和耐磨方面具有优越性。尤为突出的是，在800℃以下，Ni₃Al强度随温度升高不是连续下降，而是先随温度的升高而升高，到达一定的高温后再下降，即屈服强度在峰值温度以下具有正温度效应，它可使耐热合金得到强化并提高其耐磨性。由于Ni₃Al金属间化合物具有较高的高温强度、蠕变抗力和高的比强度，且Ni₃Al对WC、TiC的润湿性与Co相当。因此，以Ni₃Al对WC-Co硬质合金的Co粘结相进行强化后，可使合金性能在保持高强度、高韧性的前提下，提高合金的高温综合性能。

WC晶体具有P6m2晶体结构。晶胞尺寸a＝0.2906nm，c＝0.2837nm，其中c/a＝0.976。碳原子在晶胞的轴对称(1/3，2/3，1/2)的位置，如图1所示。由于碳原子的轴对称位置把棱柱面分成两种惯习面，这两种惯习面上的原子的排列方式不同。WC晶体含有三个致密的晶面，即{0001}和两个棱柱面{1010}与{0110}，如图1所示。由于两种棱柱惯习面上具有不同的数量的W-C键，因而两个棱柱惯习面对碳原子具有不同的亲和力。与碳原子具有更强亲和力的惯习面在饱和碳气氛条件下会发生优先生长，充分生长后最终消失而形成截三棱柱形状。在{1010}惯习面上，每个W原子仅形成两个W-C键，而在{0110}惯习面上，每个W原子形成四个W-C键。这使得{1010}惯习面上的表面能高于{0110}惯习面。因而，在烧结过程中，WC晶粒发生优先生长形成截三棱柱形状。不同形貌的WC晶粒对合金的性能有影响，主要体现在WC晶粒的{0001}基面硬度为棱柱面{10-10}硬度的两倍，而不同形貌WC晶粒的{0001}基面和棱柱面{10-10}的面积比是不同的，从而影响合金的硬度和耐磨性。

然而，现有技术中的硬质合金的制备方法，均存在一定的问题。

CN1990888A公开了一种纤维状WC晶体的钨钴硬质合金的制造方法，其采用纳米晶的W(Co，C)超饱和固溶体粉末为原料，通过对相变过程的控制，原位生产纤维状WC晶体或WC晶须，达到纤维增强和增韧的效果。通过对相变过程的控制，导致纳米晶WC晶粒发生一维优先长大，形成WC纤维状晶体或WC晶须，抑制了纳米WC晶粒的三维粗化。钨钴硬质合金(YG)中生成的WC纤维状晶体或WC晶须可以发挥纤维或晶须对合金的强化和韧化(即阻止裂纹的扩展)，YG合金的综合力学性能可望得到大幅度改善。

然而，在该YG合金的制造方法中，由于纳米超饱和固溶粉末原材料昂贵，且制造中相变过程难以控制，从而导致该种制造方法并保证硬质合金产品的一致性和稳定性，且量产成本较高。