專利名稱：以鐵鎳為粘結金屬的硬質(zhì)合金及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種以鐵鎳為粘結金屬的硬質(zhì)合金及其制備方法，該硬質(zhì)合金用于制造鑿巖、地質(zhì)鉆探等領域的工具。
背景技術：
硬質(zhì)合金是由難熔金屬硬質(zhì)化合物(硬質(zhì)相)和金屬粘結劑(粘結相)經(jīng)粉末冶金方法制成的一類復合材料。鈷由于對碳化物有良好的潤濕性，并且與碳化物組成的合金有較高的強度，因此，自硬質(zhì)合金問世以來，一直廣泛用作硬質(zhì)合金的粘結金屬。然而，由于世界鈷資源很有限，此外，硬質(zhì)合金在使用過程中鈷有可能氧化成具有毒性的Co6+，對人體健康造成潛在威脅，因此，尋找和研究鈷的替代材料歷來就是硬質(zhì)合金研究和生產(chǎn)中ー個重要課題。與鈷同族的鐵鎳元素通常被用來嘗試全部或部分代替鈷，但是，因鐵和鎳的力學性 能比鈷要低得多。近年來，有少量以純鐵、純鎳或鐵鈷、鐵鎳混合作為硬質(zhì)合金的粘結相的硬質(zhì)合金出現(xiàn)，但所得到硬質(zhì)合金的物理機械性能很低，只能用于特定功能用途的エ況，無法滿足對力學性能較高的鑿巖鉆探、沖壓磨削等領域需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術存在的不足，提供ー種以鐵鎳為粘結金屬的硬質(zhì)合金及其制備方法，g在有效提高粘結金屬與碳化物的粘結強度，解決粘結金屬強度不足問題，顯著改善硬質(zhì)合金的力學性能，延長使用壽命。本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn)
以鐵鎳為粘結金屬的硬質(zhì)合金，其組分具有如下的重量百分比WC粉80 97%，F(xiàn)e-Ni合金粉3 20%。進ー步地，上述的以鐵鎳為粘結金屬的硬質(zhì)合金，其中，所述WC粉的粒度小于10 u m0更進一歩地，上述的以鐵鎳為粘結金屬的硬質(zhì)合金，其中，所述Fe-Ni合金粉的組分重量百分比為Fe 50 80%，Ni 20 50% ;所述Fe-Ni合金粉由奧氏體和馬氏體組成；相組成為奧氏體65%，馬氏體35% ;所述Fe-Ni合金粉為球形；所述Fe-Ni合金粉的粒徑小于 4 y m0本發(fā)明以鐵鎳為粘結金屬的硬質(zhì)合金的制備方法，先將WC粉和Fe-Ni合金粉在溶劑中濕磨混合，然后干燥，成型，燒結。再進ー步地，上述的以鐵鎳為粘結金屬的硬質(zhì)合金的制備方法，所述溶劑為酒精、丙酮、己烷、水或其中的任意組合而成的混合物。本發(fā)明技術方案突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步主要體現(xiàn)在
由于對Fe、Ni進行了合金化處理，提高了 Fe-Ni合金的強度。此外，F(xiàn)e-Ni為球形，有利于縮短與WC粉的球磨混合時間，從而提高了球磨效率。同時由于Fe-Ni合金為韌性較好的面心立方晶體結構，相比于Co在常溫下的密排六方晶體結構，具有更好的韌性，因此，用Fe-Ni合金粉制成的硬質(zhì)合金比傳統(tǒng)的WC-Co合金具有更高的韌性。此外，用Fe-Ni合金粉代替稀有的Co做粘結金屬，減少了稀有金屬Co的應用，降低了 Co6+對人體健康的危害，具有較高的經(jīng)濟和社會效益。


下面結合附圖對本發(fā)明技術方案作進ー步說明
圖1:本發(fā)明鐵鎳合金粘結金屬粉末掃描電鏡 圖2 :本發(fā)明以鐵鎳合金為粘結金屬的硬質(zhì)合金金相照片。
具體實施例方式為有效解決硬質(zhì)合金替代粘結金屬力學性能不足的問題，本發(fā)明通過合金化途徑強化Fe-Ni粘結金屬，并控制合金的相組成，從而達到提供硬質(zhì)合金強度和韌性的目的。 以鐵鎳為粘結金屬的硬質(zhì)合金，其組分具有如下的重量百分比WC粉80 97%，F(xiàn)e-Ni合金粉3 20%，其中，WC粉的粒度小于10 u m, Fe-Ni合金粉的組分重量百分比為Fe 50 80%，Ni 20 50%，F(xiàn)e-Ni合金粉由奧氏體和馬氏體組成，相組成為奧氏體65%，馬氏體35% ；Fe-Ni合金粉為球形，F(xiàn)e-Ni合金粉的粒徑小于4 y m。以鐵鎳為粘結金屬的硬質(zhì)合金的制備エ藝是先將WC粉和Fe-Ni合金粉在溶劑中濕磨混合，溶劑為酒精、丙酮、己烷、水或其中的任意組合而成的混合物，然后干燥，成型，燒結。以WC為硬質(zhì)相，以3 20% (重量比)Fe-Ni為粘結金屬。該粘結金屬為Fe-Ni合金化金屬，F(xiàn)e、Ni為原子級混合，其中Fe所占比例為50 80%，Ni為20 50%。Fe-Ni合金粉在真空液體情況下對WC的潤濕性較好，相組成為面心立方的奧氏體和馬氏體(其中奧氏體為65%，馬氏體為35%)，有利于在保證合金具有較高強度的同時也有較高的韌性。為了使Fe-Ni合金粉與WC粉易于混合均勻,Fe-Ni合金粉制成球形,粒度該新型的硬質(zhì)合金WC粉與Fe-Ni粉以濕磨方式混合，研磨劑為酒精、丙酮、己烷、水或其中任意組合的混合物?；旌狭蠞{干燥后，經(jīng)壓制成型，為了保證合金具有較高的值密度，燒結采用加壓燒結，燒結后合金的金相如圖2，與WC-Co硬質(zhì)合金具有同樣的金相結構，所制成的產(chǎn)品性能具有比WC-Co合金更高的硬度/韌性比。
實施例采用粒度為1. Oiim的超細WC粉和粒度為1. 2 iim的Fe-Ni合金粉(合金粉形貌照片如圖1)，按重量比WC=Fe-Ni = 9 1配粉，球料比為3. 5 :1，研磨劑采用酒精，按每公斤粉料加350ml的比例加入，經(jīng)球磨48小時后，粉料在120°C的溫度下干燥，粉料干燥后經(jīng)摻入成型劑，壓制成形，在脫成型劑與燒結一體的低壓(IOMPa)燒結爐里在1390°C下燒結60min,制成硬質(zhì)合金制品。對比例
除粘結劑屬不同之外，其他條件與實施例一致的情況下，制得WC-Co合金制品以進行對比。經(jīng)檢測，實施例制得的硬質(zhì)合金與對比例合金的性能對比如表I所示。
表I實施例與對比例合金性能列表
權利要求
1.以鐵鎳為粘結金屬的硬質(zhì)合金，其特征在于其組分具有如下的重量百分比wc粉80 97%，F(xiàn)e-Ni 合金粉 3 20%。
2.根據(jù)權利要求1所述的以鐵鎳為粘結金屬的硬質(zhì)合金，其特征在于所述WC粉的粒度小于10 u m。
3.根據(jù)權利要求1所述的以鐵鎳為粘結金屬的硬質(zhì)合金，其特征在于所述Fe-Ni合金粉的組分重量百分比為=Fe 50 80%，Ni 20 50%。
4.根據(jù)權利要求1所述的以鐵鎳為粘結金屬的硬質(zhì)合金，其特征在于所述Fe-Ni合金粉由奧氏體和馬氏體組成。
5.根據(jù)權利要求4所述的以鐵鎳為粘結金屬的硬質(zhì)合金，其特征在于相組成為奧氏體65%，馬氏體35%。
6.根據(jù)權利要求1所述的以鐵鎳為粘結金屬的硬質(zhì)合金，其特征在于所述Fe-Ni合金粉為球形。
7.根據(jù)權利要求1所述的以鐵鎳為粘結金屬的硬質(zhì)合金，其特征在于所述Fe-Ni合金粉的粒徑小于4 ii m。
8.權利要求1所述的以鐵鎳為粘結金屬的硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于先將WC粉和Fe-Ni合金粉在溶劑中濕磨混合，然后干燥，成型，燒結。
9.根據(jù)權利要求8所述的以鐵鎳為粘結金屬的硬質(zhì)合金的制備方法，其特征在于所述溶劑為酒精、丙酮、己烷、水或其中的任意組合而成的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及以鐵鎳為粘結金屬的硬質(zhì)合金及制備方法，該粘結金屬粉末為鐵鎳合金粉，該鐵鎳合金粉為球形，粒徑<4μm，由50-80%鐵元素與20-50%鎳元素組成，合金粉相組成為奧氏體和馬氏體，硬質(zhì)合金其組分的重量百分比為WC粉80～97%，F(xiàn)e-Ni合金粉3～20%；制備時先將WC粉和Fe-Ni合金粉在溶劑中濕磨混合，然后干燥，成型，燒結。采用此鐵鎳合金為粘結金屬的硬質(zhì)合金，與傳統(tǒng)的碳化鎢-鈷硬質(zhì)合金相比，具有更好的強度/韌性比，可廣泛用于工程地質(zhì)、礦山開采等領域硬質(zhì)合金的使用，不僅可以節(jié)約戰(zhàn)略資源鈷的應用，還可延長硬質(zhì)合金工具的使用壽命。
文檔編號C22C1/05GK103014472SQ20121054189
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權日2012年12月14日
發(fā)明者徐純芳, 鄒宇星, 李友軍, 余立新 申請人:蘇州新銳合金工具股份有限公司