[发明专利]一种由高熵合金锆镓钒钕锑粘结的碳化钨材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种由高熵合金锆镓钒钕锑粘结的碳化钨材料及其制备方法和应用。所述碳化钨材料包括如下质量分数的组分：碳化钨70~99.5%；粘结剂0.5~30%；所述粘结剂为高熵合金锆镓钒钕锑，所述粘结剂由如下质量分数的元素组成：锆5~30%，镓5~30%，钒5~30%，钕5~30%，其余为锑。本发明提供的碳化钨材料不仅室温下具有良好的强度、更高的硬度和更为优异的耐腐蚀性能；在高温下，其红硬性、强度、蠕变抗力等均更优异，可广泛地应用于加工工具，特别是可用于制造微型钻头、盾构机刀头等对材料强韧性、耐高温和耐蚀性能要求高的特殊刀具；且成本低廉，性价比高；本发明提供的制备方法工艺简单，烧结时间短。

技术领域

本发明属于硬质合金材料领域，具体涉及一种由高熵合金锆镓钒钕锑粘结的碳化钨材料及其制备方法和应用。

背景技术

碳化钨硬质合金由于其高硬度、高耐磨性，被广泛地用作刀具、模具和耐磨零件。现有的碳化钨硬质合金材料，主要由基体碳化钨和粘结相钴等组成，然而由于钴资源在我国相对稀缺，而且其高温强度、高温蠕变抗力和耐腐蚀性能均相对较低，一定程度上限制了以钴作为粘结相的碳化钨硬质合金的应用；而且其主要制备方法是：预成形后采用辐射加热烧结、热等静压烧结等方法进行烧结，而这些烧结方法的烧结时间较长，易使碳化钨晶粒长大，从而削弱烧结态合金的性能。

中国台湾清华大学叶均蔚教授于国际期刊“Advanced Engineering Materials”上公开发表了第一篇有关高熵合金的论文，由于高熵合金为多主元合金，材料体系丰富，而且其结构特殊，通常拥有比相同体系合金更优异的性能，因而引起广大研究人员的兴趣。近几年，高熵合金的研究热度逐年上升，越来越多的高熵合金体系被开发出来，此类合金一般具有优异的室温、高温和低温力学性能，高的耐磨、耐腐蚀性能，因此，高熵合金在多个方面存在巨大的潜在应用价值。但到目前为止，尚未见有关将高熵合金代替传统粘结相钴用作碳化钨材料粘结相的报道。

因此，开发一种将高熵合金代替传统粘结相钴用作碳化钨材料粘结相的碳化钨材料以提获得良好的强度、更高的硬度和更为优异的耐腐蚀性能具有重要的研究意义和经济价值。

发明内容

本发明的目的在于克服我国钴资源稀缺及现有技术中钴作为粘结相的碳化钨硬质合金的高温强度、高温蠕变抗力和耐腐蚀性能不够理想的缺陷和不足，提高一种由高熵合金锆镓钒钕锑粘结的碳化钨材料。本发明利用高熵合金锆镓钒钕锑作为粘结剂，通过过优化高熵合金锆镓钒钕锑的成分配比、碳化钨与高熵合金锆镓钒钕锑的成分配比，得到的由高熵合金锆镓钒钕锑粘结的碳化钨材料不仅室温下具有良好的强度、更高的硬度和更为优异的耐腐蚀性能；在高温下，其红硬性、强度、蠕变抗力等均更优异，可广泛地应用于加工工具，特别是可用于制造微型钻头、盾构机刀头等对材料强韧性、耐高温和耐蚀性能要求高的特殊刀具；且成本低廉，性价比高，具有更好的推广应用前景。

本发明的另一目的在于提供上述碳化钨材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述碳化钨材料作为加工材料在加工工具领域中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种由高熵合金锆镓钒钕锑粘结的碳化钨材料，包括如下质量分数的组分：

碳化钨 70~99.5%；

粘结剂 0.5~30%；

所述粘结剂为高熵合金锆镓钒钕锑，所述粘结剂由如下质量分数的元素组成：锆5~30%，镓5~30%，钒5~30%，钕5~30%，其余为锑。