[发明专利]表层脱立方相的亚微梯度硬质合金及制备方法

说明书

本发明公开了一种表层脱立方相的亚微梯度硬质合金及制备方法，亚微梯度硬质合金中包括Co粉、Ti(C_x,N_1‑x)粉、(W_y,Ti_1‑y)C粉、TaC粉、W粉和WC粉，通过气氛保护热处理降低亚微WC粉末及立方相碳化物等陶瓷原料粉末的吸附氧和化合氧，混合原料粉末氧含量的降低显著减少了梯度硬质合金的脱碳问题，同时可以控制立方相金属元素与N的含量比例，经过真空预烧结和压力终烧结处理，得到亚微梯度硬质合金，本发明制备亚微梯度硬质合金的方法对设备和工艺需要不高，且脱氧效果显著，降低了梯度硬质合金中的孔隙率并促进梯度硬质合金的强度和硬度，得到的亚微梯度硬质合金具有优良的耐磨性和韧性，适用于工业化生产。

技术领域

本发明属于硬质合金材料领域，具体涉及一种硬质合金材料及其制备方法，更具体地，涉及表层脱立方相的亚微梯度硬质合金及制备方法。

背景技术

均质成分硬质合金在烧结过程中通过氮化物或者碳氮化物分解和元素扩散，其表层能脱除脆性的氯化钠型面心立方固溶体相而富含韧性的金属粘结相，从而原位形成表层脱立方相梯度硬质合金。该梯度硬质合金表层韧性高，而内部仍然保持高的硬度。当这种梯度硬质合金作为化学气相沉积(CVD)涂层硬质合金刀具基体时，其表层的高韧性可以释放由于涂层与基体材料热胀系数差异而导致的涂层界面残余应力，吸收裂纹扩展的能量、阻碍裂纹扩展，减少涂层剥落与刀具崩刃，因此可以提高涂层刀具的使用寿命。

目前制备表层脱立方相梯度硬质合金采用气氛渗氮-真空脱氮技术或者传统的混合粉末-压制-烧结的粉末冶金技术，例如：

申请公布号CN101974713A的发明专利提供了一种脱β层梯度硬质合金的制备方法，梯度硬质合金通过气氛渗氮与真空脱氮获得。原料的质量比配方为：70～88％WC，6～12％(Ti，W)C，6～12％Co，0～12％TaC，0～12％NbC，0～0.3％炭黑。其制备方法是在烧结过程中，到达液相烧结温度前充入氮气使其与硬质合金基体反应加氮，继续升温至梯度烧结温度之后排空氮气并转为真空烧结。

申请公布号为CN104988372A的发明专利公开了一种表面软化的梯度硬质合金及其制备方法，梯度硬质合金通过传统粉末冶金工艺获得，原料的质量比配方为：8-12％的TiN，9-13％的合金粘结相，余量为WC，其中合金粘结相由质量分数为4.5％Cr，3％V，1.5％Y，0.5％Ni，90.5％Co组成。

但是，当制备亚微级别WC晶粒的梯度硬质合金时(WC晶粒尺寸在0.5-0.9μm)，需采用亚微级别的WC粉末。由于亚微WC粉末比表面积较大、表面能较高，在梯度硬质合金制备过程中表面容易吸附氧，吸附氧可以是粘附的氧分子或者氧的化合物比如水分子，造成WC粉末氧化，而且由于较高的表面能，WC粉末容易氧化，形成化合氧。此外，梯度硬质合金原料中含有立方相碳化物，如TiC、TaC等，由于立方相碳化物属于氯化钠型面心立方(f.c.c)结构，而面心立方晶格的原子间隙较大，溶氧能力强，在制备过程中立方相碳化物易氧化，发生如下反应：

TiC+2O₂(g)→TiO₂+CO₂(g)

TaC+9/4O₂(g)→1/2Ta₂O₅+CO₂(g)

立方相碳化物的氧化反应导致原料中金属氧化物增加、化合氧含量升高。不论是原料粉末的吸附氧还是化合氧，制备过程中的氧化都致使烧结时硬质相和粘结剂的润湿性下降从而阻碍烧结致密化，导致梯度硬质合金孔隙增加、强度硬度降低等一系列问题。

鉴于上述原因，亟需研究一种孔隙少、强度高的梯度硬质合金。

发明内容