一種碳化鎢鈦鈮鋯固溶體粉末及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種固溶體粉末，特別涉及一種碳化鎢鈦鈮鋯固溶體粉末，屬于硬質(zhì)合金材料材料領(lǐng)域。本發(fā)明為降低硬質(zhì)合金材料成本，提供一種碳化鎢鈦鈮鋯固溶體粉末，所述碳化鎢鈦鈮鋯固溶體的化學(xué)式為（W0.17-0.21Ti0.24-0.29Nb0.31-0.36Zr0.19-0.22）C；本發(fā)明還提供所述碳化鎢鈦鈮鋯固溶體粉末的制備方法。本發(fā)明獲得的碳化鎢鈦鈮鋯固溶體粉末使用NbC和ZrC組合代替TaC能得到性能優(yōu)良且成本低廉的固溶體粉末，用于硬質(zhì)合金刀具中，可以很好地改善刀具的切削性能。
【專利說明】一種碳化鎢鈦鈮鋯固溶體粉末及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種固溶體粉末，特別涉及一種碳化鎢鈦鈮鋯固溶體粉末，屬于硬質(zhì) 合金材料材料領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 硬質(zhì)合金切削刀具在切削鋼材時由于被加工材質(zhì)硬度的不斷提高以及切削速度 的提高，對合金的高溫性能也提出了更高的要求?，F(xiàn)有技術(shù)中，通常是加入（Ta,Nb)C至硬 質(zhì)合金刀片中，其作用之一：作為硬質(zhì)合金晶粒生長抑制劑，在添加（Ta, Nb) C后可阻止硬 質(zhì)合金燒結(jié)過程中晶粒的長大；其作用之二，是與TiC 一起形成除WC和Co之外的第三彌 散相，顯著增加硬質(zhì)合金的抗熱沖擊，抗熱壓及抗氧化的能力和提高硬質(zhì)合金的熱硬度。
[0003] 為了改善硬質(zhì)合金的物理力學(xué)性能，常加入WC-TiC-TaC的復(fù)式固溶體，以改善硬 質(zhì)合金的切削性能。近年來隨著TaC價格的猛漲，科研人員都在尋找新型的無 Ta固溶體， 以降低硬質(zhì)合金材料的成本，使其能有更廣泛的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是，利用無 Ta固溶體來實現(xiàn)降低硬質(zhì)合金材料成本的目 的。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案之一是，提供一種碳化鎢鈦鈮鋯固溶體粉末，所述碳化鎢鈦鈮 鋯固溶體的化學(xué)式為（Wtl .17-0. 2lTi〇. 24-0. 29Nb0. 31-〇. 36 Zr0.19_0.22) C。
[0006] 進一步地，所述碳化鎢鈦鈮鋯固溶體的化學(xué)式為（WQ.2Q Tia24Nba35Zra21) C。
[0007] 進一步地，所述碳化鎢鈦鈮鋯固溶體的化學(xué)式為（WQ.2Q Tia28Nba32Zra2tl) C。
[0008] 進一步地，所述碳化鎢鈦鈮鋯固溶體的化學(xué)式為（Wai7Tia26Nb a36Zra21) C。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案之二是，提供制備所述碳化鎢鈦鈮鋯固溶體粉末的方法，包括 以下步驟： 1) 按重量份分別稱取30?35份WC，30?35份NbC，17?22份ZrC，15?20份TiO2以及7?9份炭黑粉末，混合得到原料混合物； 2) 以酒精作為球磨介質(zhì)，通過滾動球磨得原料混合物料漿； 3) 將所述原料混合物料漿干燥，然后擦篩、圓筒制粒，得到混合料； 4) 將所述混合料在1700?1900 °C條件下反應(yīng)2?4 h，得到碳化鎢鈦鈮鋯固溶體粉 末。
[0010] 進一步地，步驟2)中加入原料混合物質(zhì)量2?5%的聚乙二醇。
[0011] 進一步地，步驟3)中干燥的條件為一0.02?一0.08 MPa、70?80 °C。
[0012] 進一步地，所述混合料粒度約為0. 5?I mm。
[0013] 本發(fā)明以TiO2作為Ti源，分別以WC作為W源，ZrC作為Zr源，NbC作為Nb源， 再配以一定量的炭黑還原TiO2，在真空下進行固溶反應(yīng)，從而制得固溶體粉末。
[0014] 本發(fā)明中使用的NbC代替TaC，同樣可以改善合金的高溫硬度（即紅硬性)、高溫強 度和抗氧化性，一般情況下，TaC在合金中的質(zhì)量分數(shù)為2%-10%，NbC較TaC脆，一般添加量 在合金中的質(zhì)量分數(shù)為2%-5%。ZrC作為一種難熔的金屬碳化物，具有高熔點、高硬度、高熱 導(dǎo)和電導(dǎo)率、以及高的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)良特性。本發(fā)明還添加 ZrC，NbC與ZrC相匹配可以 提高材料的韌性，最后使得合金材料切削使用性能會變好。本發(fā)明產(chǎn)品不僅能保證合金性 能達到加 Ta -樣的效果，更重要的是能顯著降低成本（TaC約2500元/公斤，NbC、ZrC約 800元/公斤)。
[0015] 本發(fā)明利用乙醇作為球磨介質(zhì)，它能使各種比重相差大的粉末混合均勻（如WC粉 與C粉）；加入PEG為表面活性劑，它能改變粉末表面的電荷狀況，利于后面的干燥，干燥后 的粉末不成團塊狀。
[0016] 本發(fā)明提供的所述固溶體粉末可提高硬質(zhì)合金的高溫性能。所得的固溶體粉末具 有很好的固溶度，通過XRD分析為單相結(jié)構(gòu)，同時產(chǎn)品的純度高，氧含量低。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是，使用NbC和ZrC組合代替TaC能得到性能優(yōu)良且成本低廉 的固溶體粉末，用于硬質(zhì)合金刀具中，可以很好地改善刀具的切削性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為實施例1中WTNZl的XRD圖譜。
[0019] 圖2為實施例2中WTNZ2的XRD圖譜。
[0020] 圖3為實施例3中WTNZ3的XRD圖譜。

【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0022] 實施例1 采用粒度為l.o ym的TiO2粉末，2 ilmWC，ZrC和NbC以及炭黑粉末作為原料，其 質(zhì)量配比為TiO2:WC: ZrC:NbC: C=17:32:19:32:7. 66。在混料過程中加入約為混合原材料 重量3%的PEG-4000作為表面活性劑。將混合好的料漿在真空度為一0. 04 MPa，溫度為78 °C的條件下干燥，待混合料降至室溫后取出，經(jīng)過過篩和圓筒制粒，制得粒度為0. 8 _粒子 粉末，然后將粒子粉末在1900°C溫度下，真空碳管爐中真空固溶2. 5小時，得到最終組織為 (W〇.2〇 Ti〇.24Nb〇.35Zr〇.21) C 的 WTNZl 固溶體粉末。
[0023] 粉末的性能指標(biāo)： 1) 所制得的粉末為面心立方晶型產(chǎn)品，幾種化合物達到了很好的固溶，圖1顯示了所 制得的固溶體粉末WTNZl的XRD圖譜； 2) 所制得的粉末的平均粒度為1. 5-2. 0 ii m ; 3) WTNZl固溶體化學(xué)組成表1

【權(quán)利要求】
1. 一種碳化鎢鈦鈮鋯固溶體粉末，其特征在于，所述碳化鎢鈦鈮鋯固溶體的化學(xué)式為 (評0. 17-0. 2lTi〇. 24-0. 29Nb0. 3卜〇. 36Zr0. 19_0. 22 ) C。
2. 如權(quán)利要求1所述的碳化鎢鈦鈮鋯固溶體粉末，其特征在于，所述碳化鎢鈦鈮鋯固 溶體的化學(xué)式為（WQ.2Q Tic^Nbc^Zr。^) C。
3. 如權(quán)利要求1所述的碳化鎢鈦鈮鋯固溶體粉末，其特征在于，所述碳化鎢鈦鈮鋯固 溶體的化學(xué)式為（WQ.2Q Ti^NUr^。）C。
4. 如權(quán)利要求1所述的碳化鎢鈦鈮鋯固溶體粉末，其特征在于，所述碳化鎢鈦鈮鋯固 溶體的化學(xué)式為（W^Ti^NUr^K。
5. -種制備如權(quán)利要求1-4之一所述碳化鎢鈦鈮鋯固溶體粉末的方法，包括以下步 驟： 1) 按重量份分別稱取30?35份WC，30?35份NbC，17?22份ZrC，15?20份Ti02以及7?9份炭黑粉末，混合得到原料混合物； 2) 以酒精作為球磨介質(zhì)，通過滾動球磨得原料混合物料漿； 3) 將所述原料混合物料漿干燥，然后擦篩、圓筒制粒，得到混合料； 4) 將所述混合料在1700?1900 °C條件下反應(yīng)2?4 h，得到碳化鎢鈦鈮鋯固溶體粉 末。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟2)中加入原料混合物質(zhì)量2?5%的聚 乙二醇。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟3)中干燥的條件為一0. 02?一0. 08 MPa、70 ?80 °C。
8. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述混合料粒度約為0. 5?1 mm。
【文檔編號】C22C1/05GK104451321SQ201410739695
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】郭偉, 張平 申請人:長沙偉徽高科技新材料股份有限公司