[发明专利]一种金刚石强化硬质合金材料及其制备方法

说明书

本发明属于硬质合金材料的技术领域，涉及一种金刚石强化硬质合金材料及其制备方法。所述金刚石强化硬质合金的特征结构包括超细硬质合金基体、金刚石和双层过渡金属涂层，所述双层过渡金属涂层从里向外依次为Ti‑W或Cr‑W涂覆在金刚石表面，所述金刚石强化硬质合金材料的化学成分按重量百分比计为：WC为82‑98%，粘结相Co为1‑8%，双层过渡金属涂层为0.1~6%，金刚石为1~6%。本发明制备的金刚石强化硬质合金晶粒度细小均匀，可以减少在使用过程中金刚石的脱落，加入双层过渡金属涂层可以有效解决金刚石石墨化并缓解金刚石与硬质合金基体间的性能差异，极大提高WC‑Co类硬质合金的耐磨性，并能够实现工业化生产。

技术领域

本发明属于硬质合金材料的技术领域，具体涉及一种金刚石强化硬质合金材料及其制备方法。

背景技术

随着矿用硬质合金服役环境越来越恶劣、工况越来越复杂，对矿用硬质合金的综合性能提出了更高要求，即要求同时兼顾到耐磨性和韧性。如何尽可能做到高韧性与高耐磨性的同步实现，满足各种工程机械、凿岩工具、耐磨零件的特殊要求，始终是硬质合金研究的目标与方向。金刚石的硬度、耐磨性、热导率和耐化学腐蚀性能远远优于陶瓷和硬质合金，是WC-Co合金极具潜力的增强相。

目前金刚石颗粒强化的WC-Co硬质合金已有报道，该种硬质合金相比于将金刚石作为涂层镀覆在合金表面的优点在于可以使整个合金具有均一化的性能，但是缺点是必须面对金刚石与WC-Co基体润湿性差和金刚石易发生石墨化的问题。金刚石和WC-Co硬质合金的性能差异较大，直接在WC-Co基体中添加金刚石得到的复合材料，界面结合较差，基体中会存在很多孔隙，合金的致密化程度低，金刚石与基体界面结合状况差。而且现有金刚石颗粒强化的WC-Co硬质合金大多采用放电等离子烧结(SPS)烧结工艺进行烧结，放电等离子烧结(SPS)烧结只能实验室制备无法实现工业化生产。

发明内容

为解决现有金刚石强化硬质合金存在的问题，本发明提供一种金刚石强化硬质合金材料及其制备方法，旨在减少金刚石强化硬质合金在使用过程中金刚石的脱落，更大限度的提高WC-Co类硬质合金的耐磨性和断裂韧性，并能够实现工业化的生产。

本发明的首要目的在于提供一种金刚石强化硬质合金材料，所述金刚石强化硬质合金的特征结构包括超细硬质合金基体、金刚石和双层过渡金属涂层，所述双层过渡金属涂层从里向外依次为Ti-W或Cr-W涂覆在金刚石表面。

优选地，所述金刚石强化硬质合金材料的化学成分按重量百分比计为：WC为82-98%，粘结相Co为1-8%，双层过渡金属涂层（Ti-W或Cr-W）为0.1~6%，金刚石含量为1~6%，其中，双层过渡金属涂层为钛钨时质量比为1：5~2：5，为铬钨时质量比为1：3~2：3。

优选地，所述超细硬质合金基体WC颗粒的平均截线粒度为0.2~1微米，所述金刚石的粒度为25~200微米。

优选地，所述双层过渡金属涂层钛-钨或者铬-钨在金刚石表面采用真空微蒸镀依次镀覆。

大颗粒金刚石有更强的吸收裂纹传播能量的能力，可以更大幅度地提升复合材料的断裂韧性，另外大颗粒金刚石与基体的接触面积大，在合金使用过程中不易脱落，通过实验优化本发明采用的金刚石颗粒的费氏粒度为40-200mm。

本发明的第二个目的在于提供一种金刚石强化硬质合金材料的制备方法。

本发明设计由超细硬质合金基体、金刚石和双层过渡金属涂层所构成的新型金刚石颗粒强化的WC-Co硬质合金，双层过渡金属涂层采用真空微蒸镀镀覆一层易与金刚石形成碳化物钛或者铬，然后在钛或者铬的表面镀一层与钴粘结相润湿性好的钨，金属双涂层的加入可以有效解决金刚石石墨化并缓解金刚石与WC-Co基体间的性能差异。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种金刚石强化硬质合金材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、一次湿混：将WC、成型剂和钴粉末进行湿混；