[发明专利]一种用预合金粉制备高强韧硬质合金的方法

说明书

本发明提供一种用预合金粉制备高强韧硬质合金的方法，首先通过雾化法制备CoNiAl预合金粉粉，再用CoNiAl预合金粉与WC粉配料、球磨、喷雾干燥制粒、压制成形、烧结以及热处理过程得到最终硬质合金产品。本发明采用CoNiAl预合金粉用作粘结相制备硬质合金，一是避免直接使用Al粉或间接使用Al粉作为原料而导致氧含量增大或Al₂O₃杂质增多，二是Al的分布更加均匀，使最终粘结相中析出的Ni₃Al分布均匀，弥散强化效果好。本发明在使用预合金粉制备的硬质合金在金属粘结相中均匀析出Ni₃Al强化相，对金属粘结相起到强化作用，提高了硬质合金的硬度、抗弯强度和断裂韧性，以及最终使用过程中的耐磨性，并且具有工艺可控性好，产品质量稳定的优点。

技术领域

本发明涉及一种用预合金粉制备高强韧硬质合金的方法，属于粉末冶金制备硬质合金领域。

技术背景

WC硬质合金是一种性能优良的复合材料，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。由于Co对WC有优良的粘结性且其对WC的润湿角接近0°，现有的WC硬质合金大都是由WC为基体，Co作为粘结相以及其他添加元素组成。但是由于Co价格昂贵，属于战略资源，硬质合金的发展受到一定的局限。研究发现，从热力学角度来看，金属件化合物Ni₃Al在高温下有足够的润湿性，1400℃下，其润湿角接近0°，可以作为硬质合金粘结剂使用。由于Ni₃Al金属化合物的具有高的高温强度、蠕变抗力和高比强度，以其对WC-Co硬质合金粘结相强化后，可以提升合金的综合性能。

由于铝活泼，容易氧化，甚至爆炸，因此不能在常规硬质合金生产的球磨过程直接使用铝粉作为原料。现有的Ni₃Al强化粘结相硬质合金的制备主要有两种方法：一是采用在湿磨过程中添加中间化合物AlN,然后AlN在烧结温度超过1300℃后发生脱N反应而形成Al扩散进入Co-Ni粘结相中原位合成Ni₃Al相产生沉淀和固溶强化,由于AlN易水解且本身氧含量高，不易控制，在球磨过程中容易氧化，最终变成Al₂O₃夹杂物，影响材料性能。其相成分复杂且难控制。二是将Ni粉和Al粉按比例混匀，进行预烧结得到Ni₃Al预合金粉末，将其破碎得到所需要粒度，再加入WC、Co等粉末混匀烧结，得到Ni₃Al强化粘结相硬质合金。由于添加的Ni₃Al量少，难以将Ni₃Al均匀混合在硬质合金中。为此，也有方法是将WC粉与Ni粉和Al粉混合制备WC-Ni₃Al混合粉，再用于制备硬质合金，但这样做将破坏WC的结构，影响硬质合金性能。这种先合成Ni₃Al的方法虽然也避免了直接使用Al粉，但在合成过程中使用Al粉作为原料，Al粉自身氧含量高并且加热过程中仍不可避免Al粉优先吸收环境中氧而增大氧含量，导致Al₂O₃夹杂物混入，制备过程容易增加氧含量，最终仍会影响硬质合金性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有工艺的不足，提出一种用预合金粉制备高强韧硬质合金的方法。

本发明的一种用预合金粉制备高强韧硬质合金的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)制备预合金粉，其成分为Co1-x-yNixAly，其中x＝1.31-36.05wt.％，y＝0.2-5.5wt.％，所述预合金粉是通过雾化法制备，粒度≤15微米，氧含量≤0.5wt.％；

(2)制备硬质合金，将步骤(1)的预合金粉与WC粉加入湿磨机，经过球磨、干燥制粒、成形、烧结得到硬质合金；

(3)热处理：将步骤(2)的硬质合金进行固溶和时效处理，得到具有Ni₃Al强化粘结相的硬质合金。