本發(fā)明涉及一種降低硬質(zhì)合金摩擦系數(shù)的方法，尤其是細(xì)顆粒硬質(zhì)合金性能改進(jìn)方法，屬于硬質(zhì)合金制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

硬質(zhì)合金是用粉末冶金方法生產(chǎn)的，由難熔金屬化合物（wc、tic、tac和nbc等）和粘結(jié)金屬（co、ni、fe）組成，具有硬質(zhì)相和粘結(jié)相組織結(jié)構(gòu)特征，具有最佳強(qiáng)度、硬度與韌性匹配性的復(fù)合材料，合金中固溶體粘結(jié)相簡稱粘結(jié)相，硬質(zhì)相的平均晶粒度簡稱合金晶粒度。合金晶粒度<2微米的細(xì)晶硬質(zhì)合金具有較高的耐磨性和較高的強(qiáng)度，主要用于耐磨件

硬質(zhì)合金是一種以難熔金屬化合物(wc、tac、tic、nbc等)為基體，以過渡族金屬(co、fe和ni)為粘結(jié)相，采用粉末冶金方法制備的金屬陶瓷工具材料。由于其高強(qiáng)度、高硬度、高彈性模量、耐磨損、耐腐蝕、熱膨脹系數(shù)小以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在金屬切削工具、木材切削工具、石油礦山鉆具、復(fù)合材料加工工具、冷成型工具，耐磨零件和熱軋軋輥等方面有著重要的應(yīng)用。

硬質(zhì)合金的硬度遠(yuǎn)高于模具鋼，廣泛應(yīng)用于各類模具的制作，特別是鋁材和銅材等軟金屬擠壓的模具中。

我國硬質(zhì)合金高端產(chǎn)品過少，產(chǎn)品的工藝穩(wěn)定性和產(chǎn)品的性能穩(wěn)定性較差，每萬元產(chǎn)值的礦產(chǎn)資源和能源消耗量是發(fā)達(dá)國家同類企業(yè)的5~10倍。目前改進(jìn)硬質(zhì)合金性能的方法主要有三個(gè)方向：晶粒細(xì)化、涂層硬質(zhì)合金、添加稀有金屬及添加稀土元素。這些方法雖然取得了一定的研究性成果，但均存在不同程度的缺陷，而制備工藝的不足也限制了新型硬質(zhì)合金材料的實(shí)際推廣應(yīng)用。

晶粒細(xì)化主要是針對超細(xì)和納米級硬質(zhì)合金，但存在晶粒長大和生產(chǎn)工藝難控制的問題。涂層硬質(zhì)合金仍未從根本上解決硬質(zhì)合金基體材料韌性和抗沖擊性較差的問題。添加稀土元素可以改善硬質(zhì)合金的微觀組織并提高其力學(xué)性能，但由于添加方式、形態(tài)、種類和數(shù)量的不同以及研究手段的不同，各研究結(jié)論有所不同，提出的機(jī)理也有差異，甚至相互矛盾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種降低硬質(zhì)合金摩擦系數(shù)的制備方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種降低硬質(zhì)合金摩擦系數(shù)的方法，該方法依次包括下列步驟：

步驟（1），硬質(zhì)合金的原料依次經(jīng)過配粉、球磨、噴霧干燥制粒后得到合金粉末，合金粉末在經(jīng)過壓制成型后，放入低壓燒結(jié)爐中在1360~1400℃燒結(jié)、保溫；

步驟（2），將燒結(jié)后的合金冷卻至600~900℃并且保溫1~2h，然后以5~10℃/min的速度冷卻至400~500℃并且保溫1~2h，再以5~10℃/min的速度冷卻至室溫得到燒結(jié)態(tài)合金；

步驟（3），將燒結(jié)態(tài)合金在-180℃~-190℃液氮深冷處理；

步驟（4），將深冷處理后的合金加熱至350℃~400℃進(jìn)行回火處理，最后得到硬質(zhì)合金，所述硬質(zhì)合金為wc-co合金或wc-co-ni合金。

上述技術(shù)方案中的有關(guān)內(nèi)容解釋如下：

1、上述方案中，較佳的方案是在所述步驟（2）中，600~900℃的保溫和400~500℃的保溫均是在真空度為10~10²mbar或n2或ar氣氛中進(jìn)行，冷卻是通過噴吹n2或ar氣進(jìn)行。

2、上述方案中，較佳的方案是所述步驟（3）的液氮深冷處理是指燒結(jié)態(tài)合金在-180℃~-190℃的液氮中保溫2~8h，然后斷開液氮，打開深冷處理保溫箱，將合金自然恢復(fù)至室溫，完成深冷處理。

3、上述方案中，較佳的方案是所述回火處理是指在真空度為10~10²mbar或n2或ar氣氛中，加熱至350~400℃，保溫2~5h，然后以10~30℃/min的速度冷卻至室溫。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理是：純co的晶型轉(zhuǎn)變溫度為417℃，影響鈷晶型轉(zhuǎn)變的主要因素是鈷的純度和溫度變化速率。硬質(zhì)合金主要有wc和co組成，在硬質(zhì)合金的鈷粘結(jié)相中溶解了w和c，因此其相變點(diǎn)就會(huì)發(fā)生，且鈷中固溶的w含量越高，則從hcp轉(zhuǎn)變成fcc的溫度就越高，一般情況下其轉(zhuǎn)變溫度在700℃以上?，F(xiàn)行的燒結(jié)工藝均是在1360℃以上進(jìn)行保溫，然后直接進(jìn)行隨爐冷卻至室溫，而這樣會(huì)使金屬co更多地以fcc的形態(tài)存在，合金的摩擦系數(shù)大。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)是在1360℃以上溫度燒結(jié)后的冷卻過程中，先在600~900℃進(jìn)行保溫，可提供能量促使大部分的fcc向hcp轉(zhuǎn)變，再以5~10℃/min的速度冷卻至400~500℃并且保溫，能夠使金屬co更多地以fcc相向hcp相轉(zhuǎn)變，再以5~10℃/min的速度快速冷卻至室溫，從而使粘結(jié)相中固溶更多的鎢，提高位錯(cuò)能，阻止金屬鈷的晶體形態(tài)從hcp向fcc轉(zhuǎn)變。但合金室溫下還會(huì)存在大量的fcc鈷，而深冷處理可以進(jìn)一步使fcc鈷轉(zhuǎn)變?yōu)閔cp鈷，從而降低硬質(zhì)合金的摩擦系數(shù)，提高材料的耐磨性。隨后的回火處理可以使鈷相中固溶的原子進(jìn)行移動(dòng)，彌散分布在鈷相中，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，起到第二相強(qiáng)化，提高鈷相的硬度，降低摩擦系數(shù)。同時(shí)回火處理后以10~30℃/min的速度冷卻至室溫可以防止hcp鈷向fcc鈷，又進(jìn)一步降低合金摩擦系數(shù)。整個(gè)燒結(jié)保溫和回火處理過程必須保持一定的真空度或氣氛保護(hù)，以防止合金氧化。

本發(fā)明的有益效果是：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的最終金相組織為wc、鈷相中的第二相質(zhì)點(diǎn)、fcc鈷和hcp鈷，這些組織極大地提高了硬質(zhì)合金的硬度，降低了合金的摩擦系數(shù)。相同工況下，擠壓鋁材和銅材的使用壽命較傳統(tǒng)合金可提高150％以上。

附圖說明

附圖1為實(shí)施例1中硬質(zhì)合金sem照片；

附圖2為傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的硬質(zhì)合金粘結(jié)相中co的晶型結(jié)構(gòu)圖；

附圖3為實(shí)施例1的硬質(zhì)合金粘結(jié)相中co的晶型結(jié)構(gòu)圖；

附圖4為實(shí)施例1中硬質(zhì)合金與鋁材的摩擦系數(shù)曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

實(shí)施例1：一種降低硬質(zhì)合金摩擦系數(shù)的方法

該方法依次包括下列步驟：

步驟（1），采用fsss粒度1.2μm的wc粉，按重量比wc：co:cr3c2=87：12:1配方配粉成混合料，濕磨球與混合料的質(zhì)量比1.5：1，研磨介質(zhì)為酒精，酒精與混合料的比例為ll：2kg，成型劑為石蠟，加入量為混合料重量的2%，球磨15小時(shí)，球磨后的粉料經(jīng)過噴霧干燥制粒，并壓制成型，最后放入6mpa的低壓燒結(jié)爐中在1380℃保溫60min；

步驟（2），將燒結(jié)后的合金冷卻至750℃并且在真空度為10mbar條件下進(jìn)行保溫60min，然后以5℃/min的速度冷卻至450℃并且保溫60min，再以5℃/min的速度冷卻至室溫得到燒結(jié)態(tài)合金，冷卻是通過噴吹n2或ar氣進(jìn)行；

步驟（3），將燒結(jié)態(tài)合金在-190℃液氮深冷處理，保溫2小時(shí)，然后斷開液氮，打開深冷處理保溫箱，將合金自然恢復(fù)至室溫，完成深冷處理；

步驟（4），將深冷處理后的合金在真空度為10mbar條件下加熱至350℃~400℃進(jìn)行回火處理，保溫2~5h，然后以20℃/min的速度冷卻至室溫，最后得到硬質(zhì)合金，所述硬質(zhì)合金為wc-co合金。其理化檢測結(jié)果見表1。

表1實(shí)施例1合金理化性能

采用高分辨透射電鏡觀察合金粘結(jié)相的鈷的晶型結(jié)構(gòu)，并對其進(jìn)行標(biāo)定。圖2、圖3為傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的和實(shí)施例1的硬質(zhì)合金粘結(jié)相中鈷的晶型結(jié)構(gòu)。

將硬質(zhì)合金進(jìn)行摩擦系數(shù)檢測，對偶件為鋁，法向載荷為2.5n，滑動(dòng)速度0.28m/s，往返次數(shù)100，所得數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線繪制。以實(shí)施例1制得硬質(zhì)合金片與相同硬度下傳統(tǒng)硬質(zhì)合金（wc-co）進(jìn)行摩擦系數(shù)檢測對比。圖4是對偶件為鋁材試驗(yàn)時(shí)的摩擦系數(shù)曲線變化。

實(shí)施例2：一種降低硬質(zhì)合金摩擦系數(shù)的方法

該方法依次包括下列步驟：

步驟（1），采用fsss粒度1.2μm的wc粉，按重量比wc：co:cr3c2=84：15:1配方配粉成混合料，濕磨球與混合料的質(zhì)量比1.5：1，研磨介質(zhì)為酒精，酒精與混合料的比例為ll：2kg，成型劑為石蠟，加入量為混合料重量的2%，球磨15小時(shí)，球磨后的粉料經(jīng)過噴霧干燥制粒，并壓制成型，最后放入6mpa的低壓燒結(jié)爐中在1380℃保溫60min；

步驟（2），將燒結(jié)后的合金冷卻至850℃并且在n2氣氛條件下進(jìn)行保溫60min，然后以10℃/min的速度冷卻至500℃并且保溫60min，再以10℃/min的速度冷卻至室溫得到燒結(jié)態(tài)合金，冷卻是通過噴吹n2進(jìn)行；

步驟（3），將燒結(jié)態(tài)合金在-190℃液氮深冷處理，保溫5小時(shí)，然后斷開液氮，打開深冷處理保溫箱，將合金自然恢復(fù)至室溫，完成深冷處理；

步驟（4），將深冷處理后的合金在在n2氣氛條件下加熱至350℃進(jìn)行回火處理，保溫4h，然后以10℃/min的速度冷卻至室溫，最后得到硬質(zhì)合金，所述硬質(zhì)合金為wc-co合金。其理化檢測結(jié)果見表2。

表2實(shí)施例2合金理化性能

實(shí)施例3：一種降低硬質(zhì)合金摩擦系數(shù)的方法

該方法依次包括下列步驟：

步驟（1），采用fsss粒度1.2μm的wc粉，按重量比wc:co:ni:cr3c2=86：10:3:1配方配粉成混合料，濕磨球與混合料的質(zhì)量比1.5：1，研磨介質(zhì)為酒精，酒精與混合料的比例為ll：2kg，成型劑為石蠟，加入量為混合料重量的2%，球磨15小時(shí)，球磨后的粉料經(jīng)過噴霧干燥制粒，并壓制成型，最后放入6mpa的低壓燒結(jié)爐中在1380℃保溫60min；

步驟（2），將燒結(jié)后的合金冷卻至800℃并且在ar氣氣氛條件下進(jìn)行保溫60min，然后以5℃/min的速度冷卻至400℃并且保溫60min，再以5℃/min的速度冷卻至室溫得到燒結(jié)態(tài)合金，冷卻是通過噴吹n2進(jìn)行；

步驟（3），將燒結(jié)態(tài)合金在-180℃液氮深冷處理，保溫5小時(shí)，然后斷開液氮，打開深冷處理保溫箱，將合金自然恢復(fù)至室溫，完成深冷處理；

步驟（4），將深冷處理后的合金在在n2氣氛條件下加熱至400℃進(jìn)行回火處理，保溫2h，然后以30℃/min的速度冷卻至室溫，最后得到硬質(zhì)合金，所述硬質(zhì)合金為wc-co-ni合金。其理化檢測結(jié)果見表3。

表3實(shí)施例3合金理化性能

上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。