[发明专利]一种粗颗粒硬质合金制备方法

说明书

本发明公开了一种粗颗粒硬质合金的制备方法，其特征是对粗颗粒WC粉末进行表面粗化处理，然后利用化学反应在WC粉末中引入P元素（及Co元素），再在1125~1225℃热处理使WC粉末中的P与Co形成Co‑P共晶组织，与Co粉混合进行低参数的行星球磨实现WC与Co的均匀混合并降低WC破碎程度，最后经过压制和1360~1380℃真空烧结，烧结结束后以100~110℃/min的平均冷却速度快速冷却到1000℃以下，避免Co₂P脆性相在WC/Co界面的析出，在低的烧结温度下制备出了组织均匀，无异常长大，WC晶粒度6~10μm，晶粒分布离散度1.4~1.5的粗颗粒硬质合金。本发明克服了现有的粗颗粒硬质合金时，采用高的烧结温度会导致晶粒度分布宽，出现异常长大，而烧结温度低则难以实现致密化的问题，可用于地矿工具与耐磨零件等领域。

技术领域

本发明涉及一种硬质合金材料的制备方法，特别涉及一种粗颗粒硬质合金制备方法，属于复合材料领域。

背景技术

硬质合金是以WC等为硬质相，以Co，Ni等铁族金属粘结而成多相固体材料。硬质合金的晶粒度对材料性能有很大的影响，粗颗粒硬质合金具有优异的韧性，抗热疲劳性能和耐磨性等，广泛用于地矿工程领域的球齿、钎头、盾构机刀具以及模具等耐磨零件。

CN106636837A公开了一种超粗晶WC-Co硬质合金的制备方法，在传统超粗WC粉及Co粉的基础上加入了超细WC粉，钨粉及碳黑，能够显著提高WC-Co硬质合金的抗弯强度，降低合金的脆性，提高其抗冲击力。通过改变研磨体、研磨棒棒料配比，混合料与研磨介质的料液比来降低WC晶粒破碎，制备晶粒度大于6.0μm的硬质合金。制备的超粗晶硬质合金组织结构均匀，WC硬质相平均晶粒度尺寸粗大，晶粒分布窄，产品孔隙度小，综合性能好。CN109652703A采用WC粉末、CoCl₂·6H₂O、(NH₄)₂C₂O₄·H₂O为原料，一步还原法制备的WC-Co混合粉末晶粒细小，Co粉呈树枝状包裹在WC粉末表面。WC-Co混合粉末能够使硬质合金内部具有更均匀的组织结构，更完整的WC晶粒。

目前，在粗颗粒硬质合金制造时，如何在获得粗的晶粒度的同时又保持组织的均匀性是一个关键技术。为了获得获得粗的晶粒度，通常需要采用25μm以上的粗颗粒WC原料；另一方面，采用较高的烧结温度，以使WC晶粒在烧结过程中通过溶解析出充分生长。但是，高品质无缺陷的粗颗粒WC难以获得，而且粗颗粒WC在其与Co混合的过程中会出现不可避免的破碎而使粒度变小，最终的晶粒度相应变小，若减少球磨时间等参数则会导致WC与Co分散不均匀。高的烧结温度不仅会增加能耗，而且会导致WC晶粒分布变宽，出现WC晶粒异常长大，导致性能下降，低的烧结温度则不利于烧结的致密化进行。

发明内容

针对目前制备粗颗粒硬质合金时存在的球磨过程中WC颗粒易破碎变小，烧结时依赖于高的烧结温度而导致WC晶粒异常长大；低的烧结温度不难以实现致密化等问题，本发明提出在粗颗粒WC粉体中引入P元素，利用烧结过程中形成的低熔点P-Co共晶在较低的烧结温度下实现致密化和粗晶粒硬质合金制备。本发明首先对粗颗粒WC进行粗化处理，然后利用化学反应在WC粉末中引入P元素（及Co元素），再通过中温热处理使P与Co形成共晶组织，与Co粉混合进行低参数的行星球磨实现WC与Co的均匀混合并降低WC破碎程度，最后经过压制和烧结，烧结结束后采用高温快冷可避免Co₂P脆性相在WC/Co界面的析出，在低的烧结温度下制备出了组织均匀，无异常长大，WC晶粒度6~10μm的粗颗粒硬质合金。

本发明的粗颗粒硬质合金的制备方法，其特征在于依次包含以下步骤：