[发明专利]一种表层WC为长棒状晶粒且无立方相的梯度硬质合金及其制备方法

说明书

本发明涉及硬质合金制备技术领域，具体为一种表层WC为长棒状晶粒且无立方相的梯度硬质合金及其制备方法。本发明通过以一定配比的TiC、VC、Cr₃C₂、Co、Mo、B、Y₂O₃和WC组成复合粉体制备胚体，并按所述烧结气氛对坯体进行烧结，可制备得到力学性能优异，表层由WC相和Co相构成，且WC相中的WC为长棒状晶粒，表层无TiC相且无立方相的梯度硬质合金，属于不含氮元素材料体系，可避免含氮体系在烧结过程中因含氮化合物分解产生的氮气未能及时从硬质合金中逸出而导致合金的致密度与力学性能降低的问题，并且由于表层的WC相中的WC为长棒状晶粒，该梯度硬质合金具有更好的韧性。

技术领域

本发明涉及硬质合金制备技术领域，尤其涉及一种表层WC为长棒状晶粒且无立方相的梯度硬质合金及其制备方法。

背景技术

硬质合金是由碳化物相(WC、TiC、VC等)和金属粘结相(CO或Ni)成分组合而成，是一种具有高耐磨、高强度以及耐腐蚀等诸多优异性能的复合材料。硬质合金综合了碳化物相的高耐磨性、高硬度和金属粘结相的高强度、高韧性，故因其性能在金属切削加工领域得到广泛应用。但是，现今切削加工技术逐渐向干切削、硬切削、高速化和超精密等方向发展，因此对硬质合金刀具强度、韧性以及耐磨性的要求越来越高。传统硬质合金由于其成分、组织均质性较高等特点，导致各关键性能(如耐磨性与强度、硬度与韧性)无法同时提升，使其在先进制造业中的应用推广受到限制。则梯度结构硬质合金却具备突破传统均质硬质合金性能局限性的巨大优势，在高性能机械加工工具领域展示出其巨大的潜在应用价值。

专利文献CN201610994366.4公开了一种具有梯度结构的板状WC晶粒硬质合金的制备方法，具体步骤如下：1)对W粉进行扁平化处理：将W粉置于行星式球磨机中，球料比为8∶1-15∶1，球磨机转速为250-300rpm，时间为2-8h；2)以经过扁平化处理的W粉、石墨粉、Co粉为原料，TiC粉和VC粉为添加剂，配制混合料；配制的混合料中，以质量百分数计，W粉占66.18-87.11％，石墨粉占4.32-5.69％，Co粉占6-25％，TiC粉和VC粉的加入量分别为Co粉质量分数的12-18％和5-7％；3)将混合料混合均匀，添加成型剂，压制成型，再脱除成型剂，最后置于真空/气氛烧结炉中烧结，即获得所述具有梯度结构的板状WC晶粒硬质合金；所述的烧结是指：首先升温至1380-1410℃，真空度高于1.0Pa，保温时间为20-30min；然后通入CH 4与Ar的混合气体，压力为0.02-0.08MPa，继续保温20-40min。该专利提供了一种具有梯度结构的板状WC晶粒硬质合金的制备方法，即首先对W粉进行扁平化处理，然后以经过扁平化处理的W粉、石墨粉、Co粉为原料，TiC、VC为添加剂配制成混合料，经混料、添加成型剂、压制成型、脱除成型剂工序，最后在真空/气氛烧结炉中进行高温烧结，得到具有梯度结构的板状WC晶粒硬质合金；该方法制备的硬质合金表面贫Co、富含硬质相，一定厚度的表面层内Co呈梯度分布，同时，其显微组织中WC硬质相呈板状，使得材料能够保持较高的强韧性且表面具有较高的硬度，该制备方法对生产设备无特殊要求，且具有生产率高，生产成本低等特点，宜于大规模推广应用。

专利文献CN201910090095.3公开了一种高强韧性非均匀结构WC-TiC-Co硬质合金的制备方法，以偏钨酸铵、WC粉末、TiO2粉末、石墨粉和钴粉为原料配制混合粉料；按照质量份数，所述WC-TiC-Co硬质合金由以下元素组成：N为0.14～0.54，H为0.04～0.17，O为3.59～6.46，W为70.55～74.72，Ti为3.53～3.74，C为8.40～9.91，Co为8.84～9.37；其中，N和H由偏钨酸铵引入；O一部分由偏钨酸铵引入，一部分由TiO2引入；W一部分由偏钨酸铵引入，一部分由WC引入；C一部分由石墨粉引入，一部分由WC引入；Co由钴粉引入；再加入去离子水；将混合料经球磨混料、添加成型剂、压制成型、脱脂并煅烧工序后，进行烧结，得到高强韧性非均匀结构的WC-TiC-Co硬质合金。该发明制备的非均匀结构硬质合金，同时具有较高的硬度、抗弯强度和断裂韧性，综合力学性能较好。