一種WCoB基金屬陶瓷的制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種WCoB基金屬陶瓷的制備工藝，首先，原材料選擇Co3B粉和W粉，重量比控制在(0.4-0.6)：(0.6-0.4)，并加入的過(guò)程控制劑，稱重后裝入球磨罐中并進(jìn)行抽真空并充氬氣，球磨15-35小時(shí)直接將Co3B粉和W粉混合體充填到金屬模具中模壓成型。最后，將模壓成型坯體于真空等離子活化燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1100℃～1450℃，保溫10-25分鐘，隨爐冷卻后即得到WCoB基金屬陶瓷。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉；所制備的WCoB基金屬陶瓷可適用磨損、高溫腐蝕等嚴(yán)酷工況。
【專利說(shuō)明】一種WCoB基金屬陶瓷的制備工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬陶瓷的制備技術(shù)，特別涉及一種由硬質(zhì)相(體積百分?jǐn)?shù)約為60% -80% )和粘結(jié)相組成的金屬陶瓷制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，廣泛使用的WC-Co金屬陶瓷(亦稱硬質(zhì)合金)，在溫度達(dá)到800°C時(shí)，其力學(xué)性能急劇下降，從而使材料的硬度迅速下降，因此在溫度高于800°C的工作環(huán)境下，不能采用WC-Co金屬陶瓷材料，另一方面，由于WC-Co使用了大量的貴金屬W使其價(jià)格昂貴，因此所制備產(chǎn)品成本較高。國(guó)內(nèi)外研宄者或生產(chǎn)者試圖尋找一種不僅適用高溫磨損環(huán)境工況，且具有低成本優(yōu)勢(shì)的一類新型金屬陶瓷。
[0003]WCoB基金屬陶瓷(由硬質(zhì)相WCoB和粘結(jié)相Co組成)不僅具有優(yōu)異的綜合性能，而且可在耐磨、高溫腐蝕等領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，如切削刀具、巖石鉆探、牙齒修復(fù)、礦石破碎機(jī)械等領(lǐng)域，是金屬加工、礦山開(kāi)釆、石油鉆探、國(guó)防工業(yè)等不可缺少的重要工具材料之一。與傳統(tǒng)用Wo-WC硬質(zhì)合金相比，WCoB基金屬陶瓷具有明顯的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，因此，是替代Wo-WC金屬陶瓷的理想材料。
[0004]關(guān)于WCoB基金屬陶瓷的制備方法，中國(guó)專利CN101701311A提供了一種方案:采用TiB2粉、WC粉和Co粉為三元原材料并加入球磨介質(zhì)進(jìn)行濕磨混合(球磨時(shí)間為10-100小時(shí))，然后外加混合料成型劑，再在球磨機(jī)中混合1-30小時(shí)，經(jīng)造粒得到所需混合粉體，粉末經(jīng)壓制成型后在1250-1500°C燒結(jié)1-10小時(shí)，即可得到WCoB基金屬陶瓷材料。首先，該方法所需原材料為三種組元，顯然對(duì)粉體的混合均勻度有著嚴(yán)格的要求，否則在燒結(jié)過(guò)程中組元間無(wú)法擴(kuò)散均勻，從而得不到合格的WCoB基金屬陶瓷材料，還有所使用的三種原材料價(jià)格均較高會(huì)使制備成本明顯增加。其次、該方法需要兩個(gè)階段的球磨處理顯然制備周期明顯增加，不利于大批量產(chǎn)業(yè)化推廣使用。第三、該方法需要加入過(guò)程控制劑且還需造粒處理，同樣會(huì)增加制備周期。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種生產(chǎn)周期短且工藝較簡(jiǎn)單的WCoB基金屬陶瓷的制備方法。
[0006]為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種WCoB基金屬陶瓷的制備工藝，其特征在于，包括下述步驟:
[0008](I)選用純度不低于99%的Co3B粉和W粉為原料，按重量比Co3B:ff = (0.4-0.6):(0.6-0.4)，加入混合粉體重量10-30%的無(wú)水乙醇，稱重后裝入球磨罐中并抽真空及充氬氣;
[0009](2)將球磨罐放入球磨機(jī)球磨時(shí)間15-35小時(shí)，取出混合粉體直接充填到金屬模具中，在200-300MPa下模壓成型；
[0010](3)將模壓成型的坯體放入真空等離子活化燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，真空度為KT1Pa,燒結(jié)溫度為1100°c?1450°C，保溫10-25分鐘，隨爐冷卻，得到WCoB基金屬陶瓷。
[0011]上述工藝中，所述Co3B粉、W粉的粒度均< 200 μπι。所述真空球磨的真空度為KT1Pa0
[0012]所述步驟(3)燒結(jié)工序中的升溫速度為5°C -1O0C /秒。
[0013]本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉；所制備的WCoB基金屬陶瓷主要力學(xué)性能指標(biāo)良好(最高抗彎強(qiáng)度達(dá)1670MPa，最高硬度達(dá)92.3HRA)。適用磨損、高溫腐蝕等嚴(yán)酷工況。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所制得的WCoB基金屬陶瓷斷口形貌SEM照片。

【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例1
[0016]首先，原材料選擇Co3B粉(純度和粒度分別為:99%和200 μm)和W粉(純度和粒度分別為:99%和200 μπι)，重量比控制在0.4:0.6，并加入混合粉體總重量10%的過(guò)程控制劑無(wú)水乙醇，稱重后裝入不銹鋼球磨罐中并進(jìn)行抽真空(真空度為I(T1Pa)并充氬氣。
[0017]然后，將球磨罐放入球磨機(jī)中開(kāi)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，在球磨15小時(shí)后，隨罐體一同冷卻至室溫，打開(kāi)罐體將Co3B粉和W粉混合體充填到金屬模具中(無(wú)需烘干)，在200MPa下模壓成型。
[0018]最后，將盛放Co3B粉和W粉的模壓成型坯體的石墨模具一同放入真空等離子活化燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)真空度為14Pa ;燒結(jié)爐的升溫速度為:10°C /秒；燒結(jié)溫度為:1100°C，保溫時(shí)間10分鐘，燒結(jié)完畢后隨燒結(jié)爐一同冷卻。取出燒結(jié)體即為WCoB基金屬陶瓷，對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試，抗彎強(qiáng)度達(dá)1270MPa，硬度87.8HRA。其斷口形貌SEM照片如圖1所示。從圖中可看出，WCoB硬質(zhì)相與粘結(jié)相Co結(jié)合較理想，在斷裂過(guò)程中有明顯的桿狀WCoB從粘結(jié)相Co中拔出現(xiàn)象，顯然這對(duì)于提高其斷裂強(qiáng)度具有明顯積極意義。
[0019]實(shí)施例2
[0020]工藝過(guò)程基本同實(shí)施例1，但工藝參數(shù)有所不同:Co3B粉粒度為100 μπι ;W粉粒度為50 μ m，重量比控制在0.6:0.4，加入混合粉體總重量30%的過(guò)程控制劑無(wú)水乙醇。
[0021]球磨時(shí)間35小時(shí)；模壓成型壓力300MPa。
[0022]燒結(jié)升溫速度為5°C /秒；燒結(jié)溫度1450°C，保溫時(shí)間25分鐘。本實(shí)施例制備的WCoB基金屬陶瓷抗彎強(qiáng)度達(dá)1670MPa，硬度為硬度92.3HRA。
[0023]實(shí)施例3
[0024]工藝過(guò)程基本同實(shí)施例1，但工藝參數(shù)有所不同:Co3B粉粒度為150 μπι ;W粉粒度為120 μ m，重量比控制在0.5:0.5，加入混合粉體總重量25%的過(guò)程控制劑無(wú)水乙醇。
[0025]球磨時(shí)間20小時(shí)；模壓成型壓力220MPa。
[0026]燒結(jié)升溫速度為7°C /秒；燒結(jié)溫度1250°C，保溫時(shí)間15分鐘。本實(shí)施例制備的WCoB基金屬陶瓷抗彎強(qiáng)度達(dá)1430MPa，硬度為91.0HRA。
【權(quán)利要求】
1.一種WCoB基金屬陶瓷的制備工藝，其特征在于，包括下述步驟: (1)選用純度不低于99%的Co3B粉和W粉為原料，按重量比Co3B:ff = (0.4-0.6):(0.6-0.4)，加入混合粉體重量10-30%的無(wú)水乙醇，稱重后裝入球磨罐中并抽真空及充氬氣; (2)將球磨罐放入球磨機(jī)球磨時(shí)間15-35小時(shí)，取出混合粉體直接充填到金屬模具中，在200-300MPa下模壓成型； (3)將模壓成型的坯體放入真空等離子活化燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，真空度為KT1Pa,燒結(jié)溫度為1100°C?1450°C，保溫10-25分鐘，隨爐冷卻，得到WCoB基金屬陶瓷。
2.如權(quán)利要求1所述的WCoB基金屬陶瓷的制備工藝，其特征在于，所述Co3B粉、W粉的粒度均< 200 μ m。
3.如權(quán)利要求1所述的WCoB基金屬陶瓷的制備工藝，其特征在于，所述真空球磨的真空度為ΙΟΙ
4.如權(quán)利要求1所述的WCoB基金屬陶瓷的制備工藝，其特征在于，所述步驟(3)燒結(jié)工序中的升溫速度為5°C -1O0C /秒。
【文檔編號(hào)】C22C1/05GK104451324SQ201410771435
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】皇志富, 張磊, 邢建東, 高義民 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)