一種晶粒度小于200納米的硬質合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種晶粒度小于200納米的硬質合金，其組分及質量百分比為：WC93%～83%，Co6%～15%，VC0.3%～0.5%，Cr3C20.5%～1.0%，合金中WC晶粒度小于200納米；其制備包括：按重量百分比稱量配料，WC93%～83%，Co6%～15%，VC0.3%～0.5%，Cr3C20.5%～1.0%，且WC的BET≤0.16um，Co粉Fsss粒度≤0.7um，VC和Cr3C2的Fsss粒度≤0.8um；球磨，球料比為6:1～7:1，酒精介質400～500ml/Kg，加入分散劑吐溫-80為0.1～0.6%，成型劑石蠟或PEG為2.0%，球磨轉速為63rpm，球磨時間90～120小時；噴霧干燥；壓制；壓力燒結，燒結溫度1320～1360°C，保溫時間40～80min，壓力70～95bar；獲得WC晶粒度小于200納米的硬質合金HV≥1900，抗彎強度≥4500N/mm2，在硬度得到保證的同時大大改善了韌性，而且工藝控制簡單、成本低。
【專利說明】—種晶粒度小于200納米的硬質合金及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于硬質合金制備【技術領域】，主要是涉及晶粒度小于200納米(即硬質合金中碳化鎢晶粒度小于200納米)的硬質合金的制備。
【背景技術】
[0002]納米硬質合金是在Gurland的硬質合金強度與鈷相平均自由程關系模型的基礎上發(fā)展起來的。減小WC的晶粒尺寸，將增大碳化物的接觸數量？，而以分布高度均勻的鈷作粘結相，可以得到強度、硬度和韌性均好的合金。尤其當WC的晶粒尺寸減小到納米級時，其各項性能指標將得到進一步的提高，從而成為解決硬質合金材料強度、韌性和硬度間矛盾的一種重要方法，納米結構合金具有均勻的顯微結構，無異常長大的晶粒，且碳化物晶粒之間鈷相均勻分布，從而使納米結構硬質合金具有優(yōu)異的抗裂性和耐磨性。
[0003]納米硬質合金由于具有較好的綜合性能，不僅硬度高、耐磨性好，而且具有很高的強度和韌性，其應用領域正在不斷擴大，己廣泛用于制造微型鉆、精密工模具和難切削加工領域，納米硬質合金的開發(fā)是硬質合金領域的一次重大技術革命，為機械制造、信息技術等相關行業(yè)的發(fā)展奠定了堅實的基礎。研制納米晶硬質合金，進一步提高其硬度并改善其韌性，是硬質合金材料力學性能走向實際應用的最佳突破口和著陸點。
[0004]浙江大學的專利號為98110950.0的專利“納米碳化鎢一鈷一碳化鈦一碳化釩硬質合金的制造方法及設備” ，介紹了一種使用W O 3、C O O、T i O 2、V 2 O 5納米粒子混合粉體，在C2H2氣氛中直接碳化為WC — C O-T i C 一V C納米硬質合金粉體。這種制備方法雖然能制備出納米硬質合金，但存在工藝控制復雜，成本較高。
[0005]重慶文理學院的專利號為201210278750.6的專利“一種含球形面心立方結構鈷粉的納米硬質合金材料及其制備方法”，介紹了采用平均粒徑200~300nm球形面心立方結構鈷粉，其含量為12wt%~14wt%，平均粒200~300nm的碳化鎢含量為65wt%~70wt%，平均粒徑300~400nm碳化鎢-碳化鈦-碳化釩-碳化鉭-碳化鉻固溶體粉末含量為16wt%~23wt%，以及適量的活性及表面分散劑，結合密閉惰性氣體保護高速球磨、噴霧干燥及過壓燒結，最終獲得同時具有高硬度高強度的“雙高”硬質合金材料。但其制備的合金的HRA硬度最高僅為92，HV硬度為1800，平均晶粒度為250納米。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明提供一種晶粒度小于200納米的硬質合金及其的制備方法，其HV硬度^ 1900，抗彎強度> 4500 N/mm2，在硬度得到保證的同時大大改善了韌性，而且工藝控制簡單、成本低。
[0007]本發(fā)明的一種晶粒度小于200納米的硬質合金，其組分及質量百分比為:WC93% ~83%, Co 6% ~15%, VC 0.3% ~0.5%, Cr3C2 0.5% ~1.0%，合金中 WC 晶粒度小于 200納米。
[0008]作為優(yōu)化，其組分及質量百分比為:WC 91.05%, Co 8%’VC 0.3%,Cr3C2 0.65%，合金中WC晶粒度160納米。
[0009]優(yōu)化二，其組分及質量百分比為:WC 89.85%，Co 9%，VC 0.4%，Cr3C2 0.75%，合金中WC晶粒度150納米。
[0010]優(yōu)化三，其組分及質量百分比為=WC 93.15%，Co 6%, VC 0.35%，Cr3C2 0.5%，合金中WC晶粒度150納米。
[0011]優(yōu)化四，其組分及質量百分比為=WC 84.5%，Co 14%，VC 0.5%，Cr3C2 1.0%，合金中WC晶粒度170納米。
[0012]其制備方法，依次包括:
(1)配料，按重量百分比稱量各粉末原料-WC 93%~83%，Co 6%~15%，VC 0.3%~
0.5%, Cr3C2 0.5%~1.0%，其中原料粉末WC的BET值≤0.16um, Co粉的Fsss粒度≤0.7um,VC 和 Cr3C2 的 Fsss 粒度< 0.8um ；
(2)球磨，將稱好的粉末原料放入球磨機中，其球料比為6:1~7:1，按每公斤原料粉末總質量加入酒精400~500ml ;按原料粉末總質量的0.1~0.6%加入分散劑吐溫_80 ;按原料粉末總質量的2.0%加入成型劑石蠟或PEG ;球磨轉速為63轉/min，球磨時間為90~120小時；
(3)球磨后將料漿卸出，進行噴霧干燥；
(4)將噴霧干燥后的混合料進行壓制；
(5)將壓坯放入壓力爐中，進行壓力燒結，燒結溫度為1320~1360°C，保溫時間為40~80min，壓力為70~95bar ;獲得WC晶粒度小于200納米的硬質合金。
[0013]與現有技術相比，本發(fā)明的工藝簡單，能夠低成本獲得晶粒度小于200納米的納米硬質合金，同時其HV硬度> 1900、最高可達2300，抗彎強度> 4500 N/mm2、最高可達5000N/mm2,在硬度得到保證的同時大大改善了韌性，使用壽命有明顯提高。。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是實施例1制備的晶粒度小于200納米的硬質合金的電鏡照片；
圖2是實施例2制備的晶粒度小于200納米的硬質合金的電鏡照片；
圖3是實施例3制備的晶粒度小于200納米的硬質合金的電鏡照片；
圖4是實施例4制備的晶粒度小于200納米的硬質合金的電鏡照片。
【具體實施方式】
[0015]下面結合實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0016]實施例1:稱取Fsss粒度為0.6um的超細鈷粉80g，Fsss粒度為0.8um的超細碳化IJi 3.0g, Fsss粒度為0.8um的超細碳化鉻6.5g, BET為0.15um的納米碳化鶴910.5g。再稱取3g吐溫-80作為分散劑，20gPEG作為成型劑。將以上原料加入滾動球磨機中，以酒精為研磨介質，加入量為450ml，即按每公斤原料粉末總質量加入酒精450ml，以硬質合金棒作為研磨體，球料比為6:1。球磨機轉速為63轉/min，球磨時間為100小時。球磨時間到后，將料漿卸出，噴霧干燥后制得粒子均勻，流動性良好的混合料。將混合料模壓成型。將壓坯放入壓力爐中，進行壓力燒結，燒結溫度為1350° C，保溫時間為60min，壓力為90bar。
[0017]對燒結后的產品進行檢測，合金中WC的晶粒度平均為0.16um (即160納米)，合金電鏡照片如圖1，HV硬度為2200，抗彎強度為4900 N/mm2。
[0018]實施例2:
稱取Fsss粒度為0.7um的超細鈷粉90g，FSSS粒度為0.6um的超細碳化釩4.0g7Fsss粒度為0.7um的超細碳化鉻7.5g，BET為0.13um的納米碳化鎢898.5g。再稱取4g吐溫-80作為分散劑，20g石蠟作為成型劑。將以上原料加入滾動球磨機中，以酒精為研磨介質，加入量為460ml,以硬質合金棒作為研磨體,球料比為7:1。球磨機轉速為63轉/min,球磨時間為90小時。球磨時間到后，將料漿卸出，噴霧干燥后制得粒子均勻，流動性良好的混合料。將混合料模壓成型。將壓坯放入壓力爐中，進行壓力燒結，燒結溫度為1340° C，保溫時間為5Omin,壓力為85bar。
[0019]對燒結后的產品進行檢測，合金中WC的晶粒度平均為0.15um (即150納米)，合金電鏡照片如圖2，HV硬度為2180，抗彎強度為5000 N/mm2。
[0020]實施例3
稱取Fsss粒度為0.5um的超細鈷粉60g，FSSS粒度為0.5um的超細碳化釩3.5g,Fsss粒度為0.6um的超細碳化鉻5.0g7BET為0.12um的納米碳化鎢931.5g。再稱取Ig吐溫-80作為分散劑，20gPEG作為成型劑。將以上原料加入滾動球磨機中，以酒精為研磨介質,加入量為470ml,以硬質合金棒作為研磨體,球料比為6:1。球磨機轉速為63轉/min,球磨時間為110小時。球磨時間到后，將料漿卸出，噴霧干燥后制得粒子均勻，流動性良好的混合料。將混合料模壓成型。將壓坯放入壓力爐中，進行壓力燒結，燒結溫度為1360° C，保溫時間為8Omin,壓力為95bar。
[0021]對燒結后的產品進行檢測，合金中WC的晶粒度平均為0.15um (即150納米)，合金電鏡照片如圖3，HV硬度為2300，抗彎強度為4500 N/mm2。
[0022]實施例4
稱取Fsss粒度為0.6um的超細鈷粉140g，Fsss粒度為0.5um的超細碳化釩5.0g, Fsss粒度為0.5um的超細碳化鉻10.0g, BET為0.16um的納米碳化鎢845.0go再稱取6g吐溫-80作為分散劑，20g石蠟作為成型劑。將以上原料加入滾動球磨機中，以酒精為研磨介質，加入量為490ml,以硬質合金棒作為研磨體,球料比為7:1。球磨機轉速為63轉/min,球磨時間為95小時。球磨時間到后，將料漿卸出，噴霧干燥后制得粒子均勻，流動性良好的混合料。將混合料模壓成型。將壓坯放入壓力爐中，進行壓力燒結，燒結溫度為1320° C，保溫時間為40min,壓力為70bar。
[0023]對燒結后的產品進行檢測，合金中WC的晶粒度平均為0.17um (即170納米)，合金電鏡照片如圖4，HV硬度為1900，抗彎強度為5000 N/mm2。
【權利要求】
1.一種晶粒度小于200納米的硬質合金，其組分及質量百分比為:WC 93%~83%，Co6%~15%, VC 0.3%~0.5%, Cr3C2 0.5%~1.0%,合金中WC晶粒度小于200納米。
2.根據權利要求1所述的晶粒度小于200納米的硬質合金，其組分及質量百分比為:WC 91.05%, Co 8%, VC 0.3%, Cr3C2 0.65%，合金中 WC 晶粒度 160 納米。
3.根據權利要求1所述的晶粒度小于200納米的硬質合金，其組分及質量百分比為:WC 89.85%, Co 9%, VC 0.4%, Cr3C2 0.75%，合金中 WC 晶粒度 150 納米。
4.根據權利要求1所述的晶粒度小于200納米的硬質合金，其組分及質量百分比為:WC 93.15%, Co 6%, VC 0.35%, Cr3C2 0.5%，合金中 WC 晶粒度 150 納米。
5.根據權利要求1所述的晶粒度小于200納米的硬質合金，其組分及質量百分比為:WC 84.5%, Co 14%, VC 0.5%, Cr3C2 1.0%，合金中 WC 晶粒度 170 納米。
6.根據權利要求1所述的晶粒度小于200納米的硬質合金的制備方法，依次包括: (1)配料，按重量百分比稱量各粉末原料-WC 93%~83%，Co 6%~15%，VC 0.3%~0.5%, Cr3C2 0.5%~1.0%，其中原料粉末WC的BET值≤0.16um, Co粉的Fsss粒度≤0.7um,VC 和 Cr3C2 的 Fsss 粒度< 0.8um ； (2)球磨，將稱好的粉末原料放入球磨機中，其球料比為6:1~7:1，按每公斤原料粉末總質量加入酒精400~500ml ;按原料粉末總質量的0.1~0.6%加入分散劑吐溫_80 ;按原料粉末總質量的2.0%加入成型劑石蠟或PEG ;球磨轉速為63轉/min，球磨時間為90~120小時； (3)球磨后將料漿卸出，進行噴霧干燥； (4)將噴霧干燥后的混合料進行壓制； (5)將壓坯放入壓力爐中，進行壓力燒結，燒結溫度為1320~1360°C，保溫時間為40~80min，壓力為70~95bar ;獲得WC晶粒度小于200納米的硬質合金。
【文檔編號】C22C29/08GK103614603SQ201310652996
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權日:2013年12月9日
【發(fā)明者】袁軍文, 顏練武, 楊金海 申請人:株洲硬質合金集團有限公司