[发明专利]一种含微量钴的超粗碳化钨硬质合金的制备方法

说明书

本发明公开了一种含微量钴的超粗碳化钨硬质合金的制备方法，其是以WC粉、纳米WC‑6Co复合粉为原料，并添加微量钴；经混合、预压，通过放电等离子烧结制备成超粗晶硬质合金。本发明是一种短流程制备超粗硬质合金的方法，制备的WC晶粒度均匀，并达到30μm，合金强度、硬度高，致密度好，断裂韧性高。

技术领域

本发明涉及一种含微量钴的超粗碳化钨硬质合金的制备方法，采用超粗WC硬质合金以及纳米WC-6Co复合粉末为原材料，添加金属Co粉末，制备高强度、高硬度硬质合金的方法。采用该方法制备的高性能硬质合金可加工成钻头、铣刀或耐磨磨具。

背景技术

硬质合金材料具有高硬度、高强度、高弹性模量等优异性能，广泛应用于各种切削工具、矿山工具和耐磨零件，但硬质合金的高硬度与高断裂韧性很难同时存在，硬度和韧性在硬质合金中是一对此消彼长的矛盾体。一些学者认为，通过硬质相碳化钨粗细搭配方法，即制备双晶结构硬质合金，可以获得高的合金填充密度，以提高其抗弯强度和耐磨性。

传统工艺以普通粒径的WC粉末与Co粉为原料混合制备硬质合金时：随着WC含量提高，制备的硬质合金硬度高、断裂韧性低，烧结温度高；随着Co含量提高，制备的硬质合金硬度低、断裂韧性高，烧结温度低。其断裂韧性和硬度之间的矛盾(断裂韧性高，硬度低；断裂韧性低，硬质高)一直是困扰其发展的主要因素。长期以来，人们进行了不懈的努力，诸如调整合金成分、改善合金结构、添加微量元素、采用新的工艺装备等一系列措施，试图找到最佳平衡点，获得高断裂韧性高硬度的碳化钨硬质合金。这也一直是人们努力的方向。

发明内容

为解决现有碳化钨硬质合金断裂韧性和硬度相互矛盾的问题，本发明提供了一种含微量钴的超粗碳化钨硬质合金的制备方法，旨在获得同时具有高断裂韧性和高强度的超粗晶碳化钨复合材料。

本发明含微量钴的超粗碳化钨硬质合金的制备方法，是以粗晶WC及纳米WC-6Co复合粉末为原材料，并添加微量钴；然后以该硬质合金混合料为原料，经混合、预压后，再经放电等离子烧结而成。具体包括以下步骤：

步骤1：称取粗晶WC粉以及纳米WC-6Co复合粉，并添加微量钴，采用机械混合法(V型混粉机)混合2h，获得混合均匀的硬质合金混合料粉末；

其中，粗晶WC粉的平均粒径为20μm，纳米WC-6Co复合粉的晶粒度≤200nm，钴粉的平均粒径为3μm。所述粗晶WC粉与纳米WC-6Co复合粉的质量比范围为：1:1～5:1；所添加钴粉的质量比为1wt％～4wt％，以粉料总质量即硬质合金混合料粉末的总质量计。

步骤2：将步骤1获得的硬质合金混合料粉末装填进铺有石墨纸的石墨模具中；采用手动液压机对装好复合粉末的石墨模具进行预压，压力为5～10MPa；

步骤3：在装好硬质合金混合料粉末的石墨模具外围裹上4～6mm厚的碳毡，然后将其置于放电等离子烧结系统的炉膛中，抽真空至20Pa以下，通入直流脉冲电流，对硬质合金混合料粉末烧结成形，工艺条件为：

轴向压力为10～40MPa；

升温速率为50～100℃/min；

烧结温度为1200～1500℃；

保温时间为5～10min；

步骤3中，所述烧结成形的具体步骤为：

对压实的粉体材料施加10MPa的初始轴向压力，以100℃/min的升温速率由室温加热至1000℃，再以50℃/min的升温速率加热至1200-1500℃；并在第一次放气结束时加压至20MPa，粉体材料开始收缩时加压至30MPa，升至1200-1500℃时，对压实的粉体材料加压至40MPa；保压至烧结结束。

步骤4：烧结完成后，烧结样品随炉冷却至室温，即获得超粗晶硬质合金圆柱锭。

本发明的有益效果体现在：