[发明专利]单碳化钨组元硬质合金材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种单碳化钨组元硬质合金材料的制备方法，先将还原钨粉装入双辊窄缝粉末轧制装置中轧制成钨金属箔片，然后用类葱头碳粉在箔片两面均匀铺展，并送入高温碳化炉中碳化，再将碳化钨单组元箔片进行表面敏化处理，最后层叠并快速烧制成型，最终得到单碳化钨组元硬质合金材料。此方法具有晶粒尺寸控制精度高，工艺稳定性和重复性较强，可实现硬质合金材料的高温强韧化。

技术领域

本发明涉及硬质合金制备技术领域，特别涉及一种单碳化钨组元硬质合金材料的制备方法。

背景技术

硬质合金材料是以硬质相碳化钨与韧性金属黏结相压制烧结制成，金属黏结相较低的熔点造成硬质合金的高温强度限制。若通过替换金属黏结剂为非金属，则大大提高烧制温度，增加成本，并易增大合金脆性。因此，寻找一种新方法，在增强硬质合金高温性能的基础上，保持其强韧综合性能至关重要。

通过原位碳化与箔片烧结法，充分发挥超硬相的强度及细晶强化的有利效应，是提高硬质合金高温性能及韧性的关键手段。

发明内容

针对常见手段难以共同提高硬质合金高温性能和韧性问题的研发领域现状，本发明提供一种单碳化钨组元硬质合金材料的制备方法。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种单碳化钨组元硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将还原钨粉装入双辊窄缝粉末轧制装置中轧制成钨金属箔片，然后用类葱头碳粉在箔片两面均匀铺展，并送入900～1100℃的碳化炉中碳化，得到碳化钨单组元箔片；

2)将碳化钨单组元箔片进行表面敏化处理，最后层叠并快速烧制成型，烧制温度1580～1750℃，最终得到单碳化钨组元硬质合金材料。

作为本发明的进一步改进，还原钨粉的平均粒度为8μm。

作为本发明的进一步改进，双辊窄缝粉末轧制的窄缝宽度200～400μm，双棍转速60～80转/分；

作为本发明的进一步改进，类葱头碳粉平均粒度为40～80nm，其在箔片两面铺展厚度8～16μm，由微孔冷气喷粉装置控制。

作为本发明的进一步改进，碳化保温时间50～110分钟。

作为本发明的进一步改进，表面敏化处理采用浓硝酸活化及氯化镧敏化两个步骤，处理温度40～70℃。

作为本发明的进一步改进，快速烧结成型使用液压快速烧结装置，烧结保温50～70min。

作为本发明的进一步改进，制得的硬质合金材料具有单碳化钨组元，材料的冲击韧性大于等于22.5MPa·m^1/2，显微硬度大于等于11.5GPa，弯曲强度大于等于1740MPa，高温(1000℃)抗压强度大于等于5350MPa。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优势：

本发明先将还原钨粉装入双辊窄缝粉末轧制装置中轧制成钨金属箔片，然后用类葱头碳粉在箔片两面均匀铺展，并送入高温碳化炉中碳化，再将碳化钨单组元箔片进行表面敏化处理，最后层叠并快速烧制成型；其中双辊窄缝粉末轧制装置用于得到单质钨金属箔片，为后续原位碳化和细晶组织提供层状基底。类葱头碳粉是原位碳化的关键碳源，其结构有利于钨碳化合。敏化处理用于增加碳化物箔片的表面悬键，便于后续烧结成型。本发明制得的硬质合金材料具有单碳化钨组元，材料的冲击韧性大于等于22.5MPa·m^1/2，显微硬度大于等于11.5GPa，弯曲强度大于等于1740MPa，高温(1000℃)抗压强度大于等于5350MPa。此方法具有晶粒尺寸控制精度高，工艺稳定性和重复性较强，可实现硬质合金材料的强韧化和长寿命。