專利名稱：一種納米晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種WC-Co硬質(zhì)合金的制備方法。
背景技術(shù)：
納米WC-Co硬質(zhì)合金材料因其具有高強(qiáng)度、高硬度等優(yōu)良性能，已廣泛 的應(yīng)用于難加工金屬材料(航空航天、電子工業(yè)、木材加工、玻璃加工和紡織 品加工)領(lǐng)域，但是現(xiàn)有的納米WC-Co硬質(zhì)合金材料多存在致密度低、尺寸小 (厚度《2mm)、晶粒迅速長(zhǎng)大的缺點(diǎn)，目前為了克服納米WC-Co硬質(zhì)合金 存在的缺陷在制備方法上多采用(1)壓力作用；(2)快速升溫、降溫；(3) 瞬時(shí)或短時(shí)間高溫?zé)Y(jié)；(4)電活化作用、磁活化作用。這些方法雖均具有 促進(jìn)快速燒結(jié)致密化和控制晶粒長(zhǎng)大的作用，但這些工藝本身卻存在著一定的 缺陷——設(shè)備昂貴、工藝操作復(fù)雜及合成困難的問題。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有制備納米WC-Co硬質(zhì)合金的制備工藝復(fù)雜、設(shè) 備昂貴且合成困難，得到的產(chǎn)品致密度低、尺寸小、晶粒迅速長(zhǎng)大的問題，而 提供一種納米晶WC-Co硬質(zhì)合金材料的制備方法。
納米晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備方法按以下步驟實(shí)施 一、用鋼堵頭封閉 無(wú)縫鋼管的下端口后，將納米WC-Co粉末裝入無(wú)縫鋼管內(nèi)，然后用另一個(gè)鋼 堵頭封閉無(wú)縫鋼管的上端口； 二、將圓錐形木塊粘到無(wú)縫鋼管的頂端，然后放 至于圓柱形紙板模具內(nèi)，而后將炸藥以密度為0.8 1.2g/mmS均勻填滿圓柱形 紙板模具；三、將電雷管鑲嵌于炸藥內(nèi)，用爆破儀引爆電雷管，實(shí)施爆破；四、 將爆炸壓實(shí)后得到的無(wú)縫鋼管放入真空度為0.1 1Pa、溫度為600 80(TC的 真空條件下，保溫l 3h，隨爐冷卻至室溫，然后去掉無(wú)縫鋼管，即得納米晶 WC-Co硬質(zhì)合金；其中步驟一中裝入的納米WC-Co粉末的密度為5.0 7.5g/mm3;步驟一中無(wú)縫鋼管的鋼管外徑為20 24mm、內(nèi)徑為15 18mm、 長(zhǎng)度為110 200mm;步驟一中鋼堵頭的厚度為12 20mm，直徑與無(wú)縫鋼管 的內(nèi)徑相同；步驟一中鋼堵頭與無(wú)縫鋼管的鋼材質(zhì)相同；步驟二中圓錐形木塊的高度為16 20mm，直徑與無(wú)縫鋼管的外徑相同；步驟二中圓柱形紙板模具 的外徑為70 100 mm，厚度為1 2mm，長(zhǎng)度為150 250mm;步驟二中無(wú) 縫鋼管的縱向中心軸線與圓柱形紙板模具的縱向中心軸線位于同一軸線上；步 驟三中雷管豎放的位置與圓柱形紙板模具的縱向中心軸線位于同一直線上。
本發(fā)明得到的納米晶WC-Co硬質(zhì)合金，經(jīng)測(cè)量直徑為10 14mm，長(zhǎng)度 為96 160mm。
本發(fā)明采用爆炸燒結(jié)法在爆破瞬間升溫時(shí)間極短(40 80ns)，速度極快 (1(T 10"K/s)，使得表面溫度甚至超過(guò)熔點(diǎn)，顆粒表面形成極薄熔化層， 達(dá)到了顆粒間實(shí)現(xiàn)摩擦焊合而得到高度致密的燒結(jié)體；而在爆破過(guò)程中，又因 固-液界面蓄積大量能量，能量通過(guò)顆粒表面向心部傳導(dǎo)，這樣使得心部將對(duì) 表面起到冷卻"淬火"作用，降溫速度瞬間達(dá)到108 109K/s，這樣使得本發(fā) 明得到的大塊納米晶WC-Co硬質(zhì)合金致密度高且晶粒的生長(zhǎng)速度很大程度上 得到了控制；制備工藝簡(jiǎn)單、易合成，成本低廉，可工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1是納米晶WC-Co硬質(zhì)合金制備裝置的主視剖面圖，圖2是具體實(shí)施 方式二十一中爆炸壓實(shí)納米WC-Co硬質(zhì)合金掃描電鏡圖(SEM)，圖3具體實(shí) 施方式二十一中沒有經(jīng)過(guò)爆炸壓實(shí)的納米WC-Co粉末掃描電鏡圖(TEM)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方 式間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖、1說(shuō)明本實(shí)施方式納米晶WC-Co硬質(zhì)合金的制 備方法按以下步驟實(shí)施 一、用鋼堵頭2封閉無(wú)縫鋼管1的下端口后，將納米
WC-Co粉末裝入無(wú)縫鋼管1內(nèi)，然后用另一個(gè)鋼堵頭2封閉無(wú)縫鋼管1的上 端口； 二、將圓錐形木塊3粘到無(wú)縫鋼管1的頂端，然后放至于圓柱形紙板模 具4內(nèi)，而后將炸藥以密度為0.8 1.2g/mmS均勻填滿圓柱形紙板模具4;三、 將電雷管5鑲嵌于炸藥內(nèi)，用爆破儀引爆電雷管5，實(shí)施爆破；四、將爆炸壓 實(shí)后得到的無(wú)縫鋼管1放入真空度為0.1 1Pa、溫度為600 800。C的真空條 件下，保溫1 3h，隨爐冷卻至室溫，然后去掉無(wú)縫鋼管1，即得納米晶WC-Co 硬質(zhì)合金；其中步驟一中裝入的納米WC-Co粉末的密度為5.0 7.5g/mmh步
5驟一中無(wú)縫鋼管1的鋼管外徑為20 24mm、內(nèi)徑為15 18mm、長(zhǎng)度為110 200mm;步驟一中鋼堵頭2的厚度為12 20mm，直徑與無(wú)縫鋼管1的內(nèi)徑相 同；步驟一中鋼堵頭2與無(wú)縫鋼管1的鋼材質(zhì)相同；步驟二中圓錐形木塊3 的高度為16 20mm，直徑與無(wú)縫鋼管1的外徑相同；步驟二中圓柱形紙板模 具4的外徑為70 100 mm，厚度為1 2mm，長(zhǎng)度為150 250mm;步驟二 中無(wú)縫鋼管1的縱向中心軸線與圓柱形紙板模具4的縱向中心軸線位于同一軸 線上；步驟三中雷管5豎放的位置與圓柱形紙板模具4的縱向中心軸線位于同 一直線上。
本實(shí)施方式步驟一中納米WC-Co粉末市場(chǎng)上可以購(gòu)得。 本實(shí)施方式步驟二中圓錐形木質(zhì)方塊3粘到無(wú)縫鋼管的頂端的作用是改
變爆轟波形狀，使能量傳遞更均勻。
本實(shí)施方式步驟三中采用炸藥爆炸的目的是壓縮無(wú)縫鋼管、進(jìn)而壓實(shí)鋼管
內(nèi)納米WC-Co粉末。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟一中裝入的
納米WC-Co粉末的密度為6.0 7.0g/mm3。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一 相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟一中裝入的 納米WC-Co粉末的密度為6.5g/mm3。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟一中無(wú)縫鋼 管1的鋼管外徑為21 23mm、內(nèi)徑為16 17mm、長(zhǎng)度為140 180mm。其
它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟一中無(wú)縫鋼 管1的鋼管外徑為22mm、內(nèi)徑為16mm、長(zhǎng)度為160mm。其它步驟及參數(shù)與
具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟一中鋼堵頭 2的厚度為14 18mm。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟一中鋼堵頭 2的厚度為16mm。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟二中圓錐形木塊3的高度為17 19mm。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟二中圓錐形
木塊3的高度為18mm。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟二中圓柱形
紙板模具4的外徑為80 90mm，厚度為1.2 1.8mm，長(zhǎng)度為180 220mm。
其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟二中圓柱
形紙板模具4的外徑為85 mm，厚度為1.5mm，長(zhǎng)度為200mm。其它步驟及 參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟二中將炸 藥以密度為0.9 1.1g/mmS均勻填滿圓柱形紙板模具4內(nèi)。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟二中將炸 藥以密度為lg/mi^均勻填滿圓柱形紙板模具4內(nèi)。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí) 施方式一相同。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟二中炸藥 為硝酸脲炸藥、硝酸銨炸藥、TNT炸藥及黑索金炸藥的一種或幾種。其它步 驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
本實(shí)施方式中炸藥由兩種或兩種以上組成時(shí)各組分按任意比例混合。 炸藥種類及其主要特性如表1所示。 表h
炸藥名稱化學(xué)分子式外觀特征理論爆轟速度 m.s-1實(shí)際爆轟速度 m.s-1理論密度 g.cm-3
硝酸銨NH4N03灰白顆粒350028001.10
硝酸脲CH5N304白色晶體419031001.69
TNTC7H5N306淺黃色粉670050001.60
黑索今(CH2NN02)3白色粉末840060001.79
具體實(shí)施方式
十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟四中真空
度為(X3 0.7Pa。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟四中真空 度為0.5Pa。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟四中溫度
為650 75(TC。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟四中溫度
為700'C。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟四中保溫 時(shí)間為1.5 2.5h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
二十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟四中保溫
時(shí)間為2h。其它歩驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
二十一結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式納米晶WC-Co硬質(zhì)合金 的制備方法按以下步驟實(shí)施 一、用鋼堵頭2封閉無(wú)縫鋼管1的下端口后，將
納米WC-Co粉末裝入無(wú)縫鋼管1內(nèi)，然后用另一個(gè)鋼堵頭2封閉無(wú)縫鋼管1
的上端口； 二、將圓錐形木塊3粘到無(wú)縫鋼管的頂端，然后放至于圓柱形紙板
模具4內(nèi)，而后將炸藥以密度為0.9g/mr^均勻填滿圓柱形紙板模具4內(nèi)；三、
將電雷管5鑲嵌于炸藥內(nèi)，用爆破儀引爆電雷管5，實(shí)施爆破；四、將爆炸壓
實(shí)后得到的無(wú)縫鋼管1放入真空度為0.5Pa、溫度為70(TC的真空條件下，保 溫2h，隨爐冷卻至室溫，然后用車床車掉無(wú)縫鋼管1，即得大塊的納米晶WC-Co 硬質(zhì)合金；其中步驟一中裝入的納米WC-Co粉末的密度為6.8g/mm、步驟一 中無(wú)縫鋼管1的鋼管外徑為22mm、內(nèi)徑為16mm、長(zhǎng)度為150mm;鋼堵頭2 的厚度為14mm，直徑與無(wú)縫鋼管l的內(nèi)徑相同；步驟一中鋼堵頭2與無(wú)縫鋼 管1的鋼材質(zhì)相同，均為40號(hào)鋼；步驟二中圓錐形木塊3的高度為18mm， 直徑與無(wú)縫鋼管1的外徑相同；步驟二中圓柱形紙板模具4的外徑為90mm， 厚度為1.5mm，長(zhǎng)度為200mm;步驟二中無(wú)縫鋼管1的縱向中心軸線與圓柱 形紙板模具4的縱向中心軸線位于同一軸線上；步驟三中雷管5豎放的位置與 圓柱形紙板模具4的縱向中心軸線位于同一軸線上。
本實(shí)施方式得到的納米晶WC-Co硬質(zhì)合金，經(jīng)測(cè)量直徑為10mm，長(zhǎng)度 為120mm。
本實(shí)施方式中爆炸壓實(shí)納米WC-Co硬質(zhì)合金掃描電鏡圖如圖2所示，從 圖中2可以明確看出納米晶WC-Co硬質(zhì)合金的顯微組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密、均勻， 晶粒細(xì)?。唤?jīng)測(cè)得性能優(yōu)異；制備工藝簡(jiǎn)單、易合成，原材料市場(chǎng)可購(gòu)得，降低了成本。而沒有經(jīng)過(guò)爆破壓實(shí)的納米WC-Co粉末掃描電鏡圖如圖3所示，
從圖中3可以明確看出納米WC-Co粉末較粗大，且松散不均勻。
權(quán)利要求
1、一種納米晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于納米晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備方法按以下步驟實(shí)施一、用鋼堵頭(2)封閉無(wú)縫鋼管(1)的下端口后，將納米WC-Co粉末裝入無(wú)縫鋼管(1)內(nèi)，然后用另一個(gè)鋼堵頭(2)封閉無(wú)縫鋼管(1)的上端口；二、將圓錐形木塊(3)粘到無(wú)縫鋼管(1)的頂端，然后放至于圓柱形紙板模具(4)內(nèi)，而后將炸藥以密度為0.8～1.2g/mm3均勻填滿圓柱形紙板模具(4)；三、將電雷管(5)鑲嵌于炸藥內(nèi)，用爆破儀引爆電雷管(5)，實(shí)施爆破；四、將爆炸壓實(shí)后得到的無(wú)縫鋼管(1)放入真空度為0.1～1Pa、溫度為600～800℃的真空條件下，保溫1～3h，隨爐冷卻至室溫，然后去掉無(wú)縫鋼管(1)，即得納米晶WC-Co硬質(zhì)合金；其中步驟一中裝入的納米WC-Co粉末的密度為5.0～7.5g/mm3；步驟一中無(wú)縫鋼管(1)的鋼管外徑為20～24mm、內(nèi)徑為15～18mm、長(zhǎng)度為110～200mm；步驟一中鋼堵頭(2)的厚度為12～20mm，直徑與無(wú)縫鋼管(1)的內(nèi)徑相同；步驟一中鋼堵頭(2)與無(wú)縫鋼管(1)的鋼材質(zhì)相同；步驟二中圓錐形木塊(3)的高度為16～20mm，直徑與無(wú)縫鋼管(1)的外徑相同；步驟二中圓柱形紙板模具(4)的外徑為70～100mm，厚度為1～2mm，長(zhǎng)度為150～250mm；步驟二中無(wú)縫鋼管(1)的縱向中心軸線與圓柱形紙板模具(4)的縱向中心軸線位于同一軸線上；步驟三中雷管(5)豎放的位置與圓柱形紙板模具(4)的縱向中心軸線位于同一直線上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備方法，其特 征在于步驟一中裝入的納米WC-Co粉末的密度為6.0 7.0g/mm3。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種納米晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備方法， 其特征在于步驟一中無(wú)縫鋼管(1)的鋼管外徑為21 23mm、內(nèi)徑為16 17mm、長(zhǎng)度為140 180mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種納米晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備方法，其特 征在于步驟二中圓錐形木塊(3)的高度為17 19mm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或4所述的一種納米晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備方 法，其特征在于步驟二中將炸藥以密度為0.9 1.1g/mr^均勻填滿圓柱形紙板 模具(4)內(nèi)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種納米晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備方法，其特 征在于步驟二中炸藥為硝酸脲炸藥、硝酸銨炸藥、TNT炸藥及黑索金炸藥中 的一種或幾種。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 4或6所述的一種納米晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備 方法，其特征在于步驟二中圓柱形紙板模具(4)的外徑為80 90mm，厚度 為1.2 1.8mm，長(zhǎng)度為180 220mm。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種納米晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備方法，其特 征在于步驟四中真空度為0.3 0.7Pa。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種納米晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備方法，其特 征在于步驟四中溫度為650 750°C。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種納米晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備方法，其 特征在于步驟四中保溫時(shí)間為1.5 2.5h。
全文摘要
一種納米晶WC-Co硬質(zhì)合金的制備方法，它涉及一種WC-Co硬質(zhì)合金的制備方法。它解決現(xiàn)有制備納米WC-Co硬質(zhì)合金的工藝復(fù)雜、設(shè)備昂貴且合成困難，得到的產(chǎn)品致密度低、尺寸小、晶粒迅速長(zhǎng)大的問題。制備方法一、將納米WC-Co粉末裝入無(wú)縫鋼管內(nèi)；二、將圓錐形木塊粘到無(wú)縫鋼管上，裝炸藥；三、實(shí)施爆破；四、將爆炸壓實(shí)后得到的無(wú)縫鋼管在真空條件下熱處理，冷卻后去掉無(wú)縫鋼管，得到大尺寸、直徑為10～14mm，長(zhǎng)度為96～160mm的納米晶WC-Co硬質(zhì)合金。此方法工藝簡(jiǎn)單、易合成、成本低廉，得到的產(chǎn)品致密度高且晶粒的生長(zhǎng)速度很大程度上得到了控制，可工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C22C1/00GK101429596SQ20081020970
公開日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月15日
發(fā)明者孟松鶴, 張宇民, 李金平, 羅曉光, 董善亮, 韓杰才 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)